前面我們討論了關(guān)于高側(cè)自舉驅(qū)動(dòng)的自舉電容容值計(jì)算，但目前有很多寬禁帶半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)器是正負(fù)電壓驅(qū)動(dòng)，在高速開(kāi)關(guān)過(guò)程中，為了使得開(kāi)關(guān)管快速關(guān)斷，避免在高速開(kāi)關(guān)過(guò)程中出現(xiàn)關(guān)斷不徹底損壞器件的現(xiàn)象。本文將著重討論正負(fù)驅(qū)動(dòng)中常用的耦合電容容值選取標(biāo)準(zhǔn)以及穩(wěn)定時(shí)間的計(jì)算。
在此示例中，將計(jì)算交流耦合柵極驅(qū)動(dòng)電路的耦合電容和柵極-源極電阻值。 設(shè)計(jì)目標(biāo)是在MOSFET關(guān)斷期間為其提供3V負(fù)偏壓。 應(yīng)用電路如下圖：
提供以下設(shè)計(jì)信息：
dVIN/dt=200V/ms 該值表示上電期間輸入電壓的最大 dv/dt，受浪涌電流限制電路和輸入儲(chǔ)能電容器的綜合影響。
CGD,0=1nF 在 0V 漏源電壓（最壞情況啟動(dòng)條件）下從數(shù)據(jù)表中讀取的 MOSFET 的最大柵漏電容。
VTH=2.7V 柵源開(kāi)啟閾值@TA,MAX。
VDRV=15V PWM控制器的電源電壓，即柵極驅(qū)動(dòng)器的偏置電壓。
fDRV=100kHz 最大開(kāi)關(guān)頻率
DMAX=0.8 最大占空比，由 PWM 控制器限制。
VCL=3V 偏置負(fù)電壓幅值
?VC=1.5V 耦合電容最大紋波
QG=80nC MOSFET驅(qū)動(dòng)電荷
τ=100µs 耦合電容電壓 (VC) 的瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)。 這也是建立 VC 初始值的啟動(dòng)時(shí)間常數(shù)。
設(shè)計(jì)首先確定柵極下拉電阻的最大值。 在上電期間，RGS 必須足夠低以保持 MOSFET 關(guān)閉。 當(dāng)漏極-源極端子上的電壓上升時(shí)，CGD電容器被充電，并且與dVIN / dt成比例的電流流過(guò)RGS。 如果 RGS 上的壓降保持低于柵極閾值，則 MOSFET 保持關(guān)閉。 因此，允許的最大 RGS 值為：
下一步是找到所需時(shí)間常數(shù)和紋波電壓的通用解決方案。 這兩個(gè)方程是：
其中 VC(D) 是作為占空比函數(shù)的耦合電容器電壓。 由于所有參數(shù)都已定義，因此可以立即評(píng)估第二個(gè)方程。 一般來(lái)說(shuō)，如果不使用鉗位電路，則 VC(D)=D⋅VDRV，并且該表達(dá)式在 D=0.5 處具有局部最大值，這給出了最小耦合電容值。 在這個(gè)應(yīng)用中，耦合電容電壓被齊納鉗位限制在3V。因此對(duì)于D>0.2，耦合電容電壓是恒定的，VC=3V。 因此，第二個(gè)方程的最大值不在 D=0.5 處，而是在最大占空比 DMAX 處。在計(jì)算 CC 之前，應(yīng)指出另一個(gè)重要限制。 為了獲得有意義的正電容值，第二個(gè)方程的分母必須為正，這對(duì)瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)設(shè)置了限制。 這個(gè)限制是：
如果不使用鉗位電路，此功能在 D=0.5 處具有最大值。 對(duì)于鉗位電路，D=DMAX 將定義耦合電容器電壓的最快可能瞬態(tài)響應(yīng)。 代入應(yīng)用參數(shù)并使用適用于鉗位情況的適當(dāng)公式得出以下值：
這些結(jié)果是可接受的，因?yàn)?tau;MIN<τ和RGS，MAX> RGS，因此滿足所有條件。 在最大占空比為 0.8 時(shí)，RGS 的最壞情況功耗為 173mW。 如果該值不可接受，則選擇較長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)會(huì)增加下拉電阻值。 同時(shí)，功耗和耦合電容值將降低。
最后一個(gè)計(jì)算是計(jì)算旁路電容值。 假設(shè)偏置軌上的最大紋波為 1V (?VDRV=1V)，將產(chǎn)生以下最小旁路電容值：
