電容器的漏電流,只有在使用電解電容器時,才需要考 慮,否則,可以忽略不計。
例如:當使用外部自舉二極管時,估算自舉電容的大 小。
自舉二極管 =UF4007
VDD = 15 V
QGATE = 98 nC (大值)
ILKGS = 100 nA (大值)
ILKCAP = 0 ( 陶瓷電容 )
IQBS = 120 μA (大值)
ILK = 50 μA (大值)
QLS = 3 nC
TON = 25 μs (在 fs=20 KHz 時占空比 =50%)
ILKDIODE = 10 nA 如果自舉電容器在高端開關處于開啟狀態時,大允許 的電壓降是 1.0 V,小電容值通過等式 3 計算。
自舉電容計算如下:
外部二極管導致的電壓降大約為 0.7 V。假設電容充電 時間等于高端導通時間 (占空比 50%)。根據不同的自 舉電容值,使用以下的等式:
推薦的電容值是 100 nF ~ 570 nF,但是實際的電容值必 須根據使用的器件來選擇。如果電容值過大,自舉電容 的充電時間減少,低端導通時間可能不足以使電容達到 自舉電壓。
當使用外部自舉電阻時,電阻 RBOOT 帶來一個額外的電 壓降:
其中:
ICHARGE = 自舉電容的充電電流;
RBOOT = 自舉電阻;
tCHARGE = 自舉電容的充電時間 ( 低端導通時間 )
不要超過歐姆值(典型值 5~10 Ω),將會增加 VBS 時間 常數。當計算大允許的電壓降 (VBOOT) 時,必須考慮 自舉二極管的電壓降。如果該電壓降太大或電路不能提 供足夠的充電時間,我們可以使用一個快速恢復或超快 恢復二極管。
如圖 1 所示,自舉電路對于高電壓柵極驅動器是很有用 的。但是,當主要 MOSFET(Q1) 的源極和自舉電容 (CBOOT) 的負偏置節點位于輸出電壓時,它有對自舉電 容進行初始化啟動和充電受限的問題。啟動時,自舉二 極管 (DBOOT) 可能處于反偏,主要 MOSFET(Q1) 的導通 時間不足,自舉電容不能保持所需要的電荷,如圖 1 所 示。
在某些應用中,如電池充電器,輸出電壓在輸入電源加 載到轉換器之前可能已經存在了。給自舉電容 (CBOOT) 提供初始電荷也許是不可能的,這取決于電源電壓 (VDD) 和輸出電壓 (VOUT) 之間的電壓差。假設輸入電壓 (VDC)和輸出電壓 (VOUT) 之間有足夠的電壓差,由啟 動電阻 (RSTART),啟動二極管 (DSTART) 和齊納二極管 (DSTART) 組成的電路,可以解決這個問題,如圖 14 所 示。在此啟動電路中,啟動二極管 DSTART 充當次自舉二 極管,在上電時對自舉電容 (CBOOT) 充電。自舉電容 (CBOOT) 充電后,連接到齊納二極管DZ,在正常工作時, 這個電壓應該大于驅動器的電源電壓 (VDD) 。啟動電阻 限制了自舉電容的充電電流和齊納電流。為了獲得大 的效率,應該選擇合適的啟動電阻值使電流極低,因為 電路中通過啟動二極管的自舉路徑是不變的。
在第一個選項中,自舉電路包括一個小電阻,RBOOT,它 串聯了一個自舉二極管,如圖15所示。自舉電阻RBOOT, 僅在自舉充電周期用來限流。自舉充電周期表示VS降到 集成電路電源電壓 VDD 以下,或者 VS 被拉低到地(低 端開關導通,高端開關關閉)。電源 VCC,通過自舉電阻 RBOOT 和二極管 DBOOT,對自舉電容 CBOOT 充電。自舉 二極管的擊穿電壓(BV)必須大于VDC,且具有快速恢復 時間,以便小化從自舉電容到VCC電源的電荷反饋量。
這是一種簡單的,限制自舉電容初次充電電流的方法, 但是它也有一些缺點。占空比受限于自舉電容 CBOOT 刷 新電荷所需要的時間,還有啟動問題。不要超過歐姆值 (典型值 5~10 Ω),將會增加 VBS 時間常數。低導通 時間,即給自舉電容充電或刷新電荷的時間,必須匹配 這個時間常數。該時間常數取決于自舉電阻,自舉電容 和開關器件的占空比,用下面的等式計算:
其中 RBOOT 是自舉電阻; CBOOT 是自舉電容; D 是占 空比。
例如,如果 RBOOT=10, CBOOT=1 μF, D=10 % ;時間 常數通過下式計算:
即使連接一個合理的大自舉電容和電阻,該時間常數可 能增大。這種方法能夠緩解這個問題。不幸的是,該串 聯電阻不能解決過電壓的問題,并且減緩了自舉電容的 重新充電過程。
在第二個選項中,自舉電路的 VS 和 VOUT 之間,添加上 一個小電阻 RVS,如圖 16 所示。RVS 的建議值在幾個歐 姆左右。
RVS不僅用作自舉電阻,還用作導通電阻和關斷電阻,如 圖 17。自舉電阻,導通電阻和關斷電阻通過下面的等式 計算: