MOS驱动电路的自举电路设计

自举电路优点简单、便宜，但占空比和开通时间受限于自举电容充电时间，自举电路如下图所示，电路的工作原理是，当Vs被拉到地时，VCC通过自举二极管给Cbs充电，形成自举电源Vbs。

影响Vbs的因素有：1、MOS栅极电荷要求，2、高边驱动电路静态电流，3、驱动IC中电平转换电路电流，4、自举电容漏电流（当自举电容为电解电容时才有，因此建议尽量使用非电解类电容）。

01、自举电容的选择

自举电容电荷计算公式如下：

其中Qg为高边MOS栅极电荷，f为开关频率，Icbs(leak)为自举电容漏电流，Qls为每个周期内，电平转换电路的电荷要求（一般小于5nC），Iqbs为上桥驱动电路的静态电流。

自举电容过小时，Vbs将会有很大的纹波，并且可能会低于欠压值Vbsv，使高端器件无法工作，Cbs电容的电荷是最小值的2倍，则有

其中Vf为自举二极管的正向压降，VLS为低端器件压降。假定Qg=560nC，Qgs=CU=910nC，Iqbs=120uA，f=16kHz，Qls=5nC，Icbs=50uA，代入计算得Qbs=2956nC，C≥1478nF。上述容值为自举电容最小的要求，过小的自举电容可能会引起过充电导致IC损坏，因此电容应乘上一个系数C≥328nF*15=22.2uF。

自举电容只有在高边MOS关断，PHASE点被拉到地时才被充电，因此低边MOS开通时间应足够长，以保证高边自举电容电荷被完全充电（自举电容也不宜过大）。

此外，高边MOS的充电回路包含负载，负载阻抗将影响自举电容的充电，如果阻抗太高时，电容将不能充分充电，这时就需要电荷泵电路（自举电路的风险点）。

02、自举二极管的选择

在高端器件开通时，自举二极管作用是能够阻止高压，并且是快恢复二极管，从而减小从自举电容向电源VCC的回馈电荷。如果自举电容需要长期存储电荷时，二极管高温反向漏电流也需要关注，二极管的额定电流由下式决定：。

假定Qbs=2956nC，f=16KHz，则IF=47mA，留15倍余量，则有IF*15=709mA。

03、布局方式

自举电容要尽可能靠近驱动IC管脚，至少有一个低ESR电容提供去耦，如果使用铝电解电容，则需要增加瓷片电容，如果自举电容本身是瓷片电容或钽电容，则不需要增加：

04、限流电阻的选择

限流电阻的作用为：降低尖峰电压，一般为10R以内。占空比受限于自举电容CBOOT刷新电荷所需要的时间，最低导通时间，即给自举电容充电或刷新电荷的时间，在设计时必须匹配这个时间常数。该时间常数取决于自举电阻，自举电容和开关器件的占空比，用下面的等式计算：

当RBOOT=3.3Ohm，CBOOT=100uF，D=0.1，则时间常数=3.3us

05、驱动IC的电流与功耗

驱动IC的驱动电流取决于在开关时间tSW_ON/OFF内，需要移动的栅极电荷数QG：

其中tSWON/OFF表示MOS开关速度，如果没有确定下来，则可以用开关周期的2%进行估算，当fsw=16kHz，Qg=1470nC，驱动峰值电流计算I=1.176A，一般留1.5倍余量，1.176*1.5=1.764A。

驱动电路的总功耗包括驱动器功耗和自举二极管功耗，驱动器功耗则由静态功耗和动态功耗组成。它与开关频率，输出负载电容，以及电源有关。

静态功耗是低端驱动器VDD到地的静态电流，以及高端驱动器电平转换阶段的漏电流造成。前者取决于VS端的电压，后者与高端器件占空比有关。

动态功耗：

其中Qg为栅极充电电荷，可以在datasheet中查到，ΔVgs为驱动电压的摆幅，fs为mos的开关频率，实际情况下驱动器功耗随着环温的升高而降低降额。

05、总结

自举电路对于高电压栅极驱动器是很有用，但是，当电路启动时，需要注意对自举电容进行初始化启动和充电受限的问题。启动时，自举二极管可能处于反偏，主要是低边MOS导通时间不足，自举电容不能保持所需要的电荷导致。