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MOSFET自举驱动电容选取计算

   前面我们讨论到驱动器的旁路电容选取的标准,本文将讨论对于自举驱动电路中的自举电容容值如何选取进行举栗子分析,话不多说开整。

   在此示例中,采用IR2125高压集成栅极驱动器来驱动48V输入降压转换器中的IRF1310N晶体管。 下面给出了相应的示意图。

假设以下电路参数:

VIN,MAX=65V                      稳态最大输入电压

VDRV=12V                           MOS管驱动电压

∆VBST=0.5V                         稳态自举电容纹波电压

∆VBST,MAX=3V                  在驱动器进入欠压锁定或栅极驱动幅度变得不足之前,CBST两端的最大电压下降。

fDRV=100kHz                       开关频率

DMAX=0.9                            最小输入电压下的最大稳态占空比–在此示例中,控制器没有限制最大占空比。

tOFF,TR=400µs                    瞬态关断时间–突然移除负载时,MOSFET在该时间间隔内保持关断状态。

tON,TR=200µs                    瞬态导通时间–负载电流突然增加时,控制器在此时间间隔内保持MOSFET导通,以建立输出电感器电流。

电路相关器件参数:

QG=85nC                           驱动电荷  IRF1310 @ VDRV=12V and VDS=65V

RGS=5.1kΩ                         泄放电阻

IR=10µA                              漏电流 DBST @ VIN,MAX and TJ=80°C

VF=0.6V                               正向压降 DBST @ 0.1A and TJ =80°C 

ILK=0.13mA                        电平转换器的泄漏电流 @ VIN,MAX and TJ =100°C 

IQBS=1mA                          自举驱动器的静态电流

   首先,考虑驱动器的稳态操作。 基于0.5V的纹波预算和自举电容器消耗的电荷量,可以确定一个最小电容值:

代入数值可得出稳态工作时的最小自举电容器值:

   对于瞬态条件,根据最大电压降计算电容值。 当开关必须长时间保持断开状态时,输出电感器电流衰减至零,并且主开关的源极稳定在输出电压上。 自举二极管被反向偏置,自举电容器必须使浮动驱动器保持活动状态。 此外,在空闲周期结束时,CBST仍必须提供栅极电荷才能导通MOSFET。 因此,所需的电容器值为:

代入实际参数计算得:

   进行最后的计算以检查是否可以在所需的200us瞬态导通时间内连续接通开关。 可以补充自举电容器后,较长的导通时间后将有保证的关断时间。 自举电容器必须保持足够的能量来支持静态电流和泄漏电流,如下表所示:

代入数值计算得:

为了满足所有这三个要求,应选择最高电容值(CBST = 470nF)。

   高端驱动器IC不仅必须被自举电容器旁路,而且还必须被另一个以地为参考的电容器旁路,如示意图所示。 CDRV提供高峰值充电电流,以补充主MOSFET先前导通期间从CBST吸收的能量。 如果CDRV >> CBST,则自举电容器可以重新充电至完整的VDRV电平。 通常,CDRV比CBST的电容大一个数量级。 选择低侧旁路电容器的值时,首先应考虑稳态工作。 因此,CDRV≈10⋅CBST,1,需要CDRV = 2.2µF。

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  • dy-FHED9mtt 2021-05-28 15:58
    大开眼界,真是好文
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