详解自举电路:如何正确选择电阻和电容

时间:2025-04-06 08:08:29 文章来源: 安博电竞app

  在一些低成本的应用中,特别是对于一些600V小功率的IGBT,业界总是尝试把驱动级成本降到最低。因而自举式电源成为一种广泛的给高压栅极驱动(HVIC)电路供电的方法,原因是电路简单并且成本低。

  如下图自举电路仅仅需要一个15~18V的电源来给逆变器的驱动级提供能量,所有半桥底部IGBT都与这个电源直接相连,半桥上部IGBT的驱动器通过电阻Rboot和二极管VF连接到电源Vb上,每个驱动器都有一个电容Cboot来缓冲电压;

  当下管S2导通,Vs电压低于电源电压(Vcc)时自举电容(Cboot)每次都被充电。自举电容仅当高端开关S1导通的时候放电。自举电容给高端电路提供电源(VBS)。首先要考虑的参数是高端开关处于导通时,自举电容的最大电压降。允许的最大电压降(Vbs)取决于要保持的最小栅极驱动电压。如果VGSMIN最小的栅-源极电压,电容的电压降必须是:

  下表是以IR2106+IKP15N65H5(18A@125°C)为例子计算自举电容推荐:

  推荐电容值必须依据使用的器件和应用条件来选择。如果电容过小,自举电容在上管开通时下降纹波过大,降低电容的常规使用的寿命,开关管损耗变高,开关可靠性也变低;如果电容值过大,自举电容的充电时间减少,低端导通时间可能不足以使电容达到自举电压。

  自举电阻的作用主要是防止首次对自举电容充电时电流太大的限流,这里只是给大家一起分析原理,当使用外部自举电阻时,电阻RBOOT带来一个额外的电压降:

  该电阻值(一般5~15Ω)不能太大,否则会增加VBS时间常数。当计算最大允许的电压降(VBOOT )时,一定要考虑自举二极管的电压降。如果该电压降太大或电路不能提供足够的充电时间,我们大家可以使用一个快速恢复或超快恢复二极管。

  2、过小的自举电阻可能会造成更高的dVbs/dt,由此产生更高的Vs负压,关于Vs负压的危害我们会在后面继续讨论。

  1、开始工作后,总是先导通半桥的下桥臂IGBT,这样自举电容能够被重新充电到供电电源的额定值。否则有几率会使不受控制的开关状态和/或错误产生。

  2、自举电容Cboot的容量必须充足大,这样做才能够在一个完整的工作循环内满足上桥臂驱动器的能量要求。

  4、最初给自举电容充电时,也许会出现很大的峰值电流。这可能会干扰其他电路,因此建议用低阻抗的自举电阻限流。

  5、一方面,自举二极管必须快,因为它的工作频率和IGBT是一样的,另一方面,它必须有足够大的阻断电压,至少和IGBT的阻断电压一样大。这就从另一方面代表着600V的IGBT,一定要选择600V的自举二极管。

  6、当选择驱动电源Vcc电压时,一定要考虑驱动器内部电压降及自举二极管和自举电阻的压降,以防止IGBT栅极电压不会太低而导致开通损耗增加。更进一步,所确定的电压必须减去下管IGBT的饱和压降,这样导致上下管IGBT在不同的正向栅极电压下开通,因此Vcc应当保证上管有足够的栅极电压,同时保证下管的栅极电压不会变的太高。

  7、用自举电路来提供负压的做法是不常见的,如此一来,就一定要注意IGBT的寄生导通。

  最后,自举电路也有一些局限性,有些应用如电机驱动的电机长期工作在低转速大电流场合,下管的开通占空比一直比较小,造成上管的自举充电不够,这种情况需要在PWM算法上做特定占空比补偿或者独立电源供应。

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