电容器的漏电流,只有在使用电解电容器时,才需要考 虑,否则,可以忽略不计。
例如:当使用外部自举二极管时,估算自举电容的大 小。
自举二极管 =UF4007
VDD = 15 V
QGATE = 98 nC (大值)
ILKGS = 100 nA (大值)
ILKCAP = 0 ( 陶瓷电容 )
IQBS = 120 µA (大值)
ILK = 50 µA (大值)
QLS = 3 nC
TON = 25 µs (在 fs=20 KHz 时占空比 =50%)
ILKDIODE = 10 nA 如果自举电容器在高端开关处于开启状态时,大允许 的电压降是 1.0 V,小电容值通过等式 3 计算。
自举电容计算如下:
外部二极管导致的电压降大约为 0.7 V。假设电容充电 时间等于高端导通时间 (占空比 50%)。根据不同的自 举电容值,使用以下的等式:
推荐的电容值是 100 nF ~ 570 nF,但是实际的电容值必 须根据使用的器件来选择。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。
当使用外部自举电阻时,电阻 RBOOT 带来一个额外的电 压降:
其中:
ICHARGE = 自举电容的充电电流;
RBOOT = 自举电阻;
tCHARGE = 自举电容的充电时间 ( 低端导通时间 )
不要超过欧姆值(典型值 5~10 Ω),将会增加 VBS 时间 常数。当计算大允许的电压降 (VBOOT) 时,必须考虑 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,我们可以使用一个快速恢复或超快 恢复二极管。
如图 1 所示,自举电路对于高电压栅极驱动器是很有用 的。但是,当主要 MOSFET(Q1) 的源极和自举电容 (CBOOT) 的负偏置节点位于输出电压时,它有对自举电 容进行初始化启动和充电受限的问题。启动时,自举二 极管 (DBOOT) 可能处于反偏,主要 MOSFET(Q1) 的导通 时间不足,自举电容不能保持所需要的电荷,如图 1 所 示。
在某些应用中,如电池充电器,输出电压在输入电源加 载到转换器之前可能已经存在了。给自举电容 (CBOOT) 提供初始电荷也许是不可能的,这取决于电源电压 (VDD) 和输出电压 (VOUT) 之间的电压差。假设输入电压 (VDC)和输出电压 (VOUT) 之间有足够的电压差,由启 动电阻 (RSTART),启动二极管 (DSTART) 和齐纳二极管 (DSTART) 组成的电路,可以解决这个问题,如图 14 所 示。在此启动电路中,启动二极管 DSTART 充当次自举二 极管,在上电时对自举电容 (CBOOT) 充电。自举电容 (CBOOT) 充电后,连接到齐纳二极管DZ,在正常工作时, 这个电压应该大于驱动器的电源电压 (VDD) 。启动电阻 限制了自举电容的充电电流和齐纳电流。为了获得大 的效率,应该选择合适的启动电阻值使电流极低,因为 电路中通过启动二极管的自举路径是不变的。
在第一个选项中,自举电路包括一个小电阻,RBOOT,它 串联了一个自举二极管,如图15所示。自举电阻RBOOT, 仅在自举充电周期用来限流。自举充电周期表示VS降到 集成电路电源电压 VDD 以下,或者 VS 被拉低到地(低 端开关导通,高端开关关闭)。电源 VCC,通过自举电阻 RBOOT 和二极管 DBOOT,对自举电容 CBOOT 充电。自举 二极管的击穿电压(BV)必须大于VDC,且具有快速恢复 时间,以便小化从自举电容到VCC电源的电荷反馈量。
这是一种简单的,限制自举电容初次充电电流的方法, 但是它也有一些缺点。占空比受限于自举电容 CBOOT 刷 新电荷所需要的时间,还有启动问题。不要超过欧姆值 (典型值 5~10 Ω),将会增加 VBS 时间常数。低导通 时间,即给自举电容充电或刷新电荷的时间,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:
其中 RBOOT 是自举电阻; CBOOT 是自举电容; D 是占 空比。
例如,如果 RBOOT=10, CBOOT=1 µF, D=10 % ;时间 常数通过下式计算:
即使连接一个合理的大自举电容和电阻,该时间常数可 能增大。这种方法能够缓解这个问题。不幸的是,该串 联电阻不能解决过电压的问题,并且减缓了自举电容的 重新充电过程。
在第二个选项中,自举电路的 VS 和 VOUT 之间,添加上 一个小电阻 RVS,如图 16 所示。RVS 的建议值在几个欧 姆左右。
RVS不仅用作自举电阻,还用作导通电阻和关断电阻,如 图 17。自举电阻,导通电阻和关断电阻通过下面的等式 计算: