南京观海微电子---高速MOS驱动电路设计和应用指南

简介: 自举栅极驱动技术用于高边N沟道MOSFET驱动,通过自举电容和电平移位电路实现高压侧浮动供电。适用于中高电压系统,可集成于PWM控制器或专用驱动IC,提升效率并延长开关导通时间,广泛应用于电源管理领域。

自举栅极驱动技术

在输入电压禁止高边N沟道场效应晶体管的直接栅极驱动电路使用的地方,可以考虑使用自举栅极驱动技术。这种技术采用了一个栅极驱动和跟随偏置电路,它们以主场效应晶体管的源极为参考。驱动电路和偏置电路以及器件的源极一起在两个输入电压之间波动。但是,驱动器和它的变化的偏差可以被低电压提供,因为输入电压没有在它们上面消耗。驱动器和参考地控制的信号通过一个电平位移电路连接了起来,这个电路必须承受高压差以及变动的高边和以地为参考的低边电路之间的可观的电容式开关电流。

离散高性能变动的驱动器

图23展示了一个很典型的自举原则的实施实例。

旁路电容和输出引脚可以代表以地为参考的PWM控制器和场效应晶体管驱动器。自举栅极驱动电路的基本电路组成很容易看出来。这个变动的电路由自举二极管、R1、R2和电平位移晶体管组成。自举电容CBST,一个有两极的推拉输出电路的驱动器和普通的栅极电阻就是自举解决方案的变动的以源极为参考的部分。这个特殊的器件可以很有效的运用到12到大约24伏的运用没有变动的驱动的简单的低功耗的PWM控制器的系统中。这个是有益的,因为芯片的额定电压不限制输入的电压的大小。另外这个电平位移电路是一个在主场效应晶体管导通期间不会从自举电容器得到电流的源极会变动的NMOS晶体管。这是一种重要的功能,它可以保持电平位移器的高效率性,还可以延长主开关的最大导通时间。这个动作过程可归纳如下:当PWM输出升高就会使主MOSFET导通,水平位移晶体管截止。R1将基极电流提供给上面的推拉输出电路驱动的npn晶体管,主MOSFET就导通了。栅极电荷从自举电容器,Cbst获取。当开关接通,它的源极就接通到输入支路上去。自举二极管和限制了向驱动提供电压和能量的晶体管通过自举电容器提供能量。在截止的时候,PWM降低就使电平位移晶体管导通。

电流开始从R1和R2流向地,下面的推拉输出电路的晶体管开始导通。因为主场效应晶体管的栅极开始放电,漏极到源极的电压开始增大,源极向地过度,允许整流器导通。在主开关闭合期间,自举电容器再次通过自举二极管放电到水平。这个电流是由以地为参考的电路的旁路电容提供,它穿过了和整流部分,这就是自举技术的基本运行原理。

集成自举驱动器

在中等输入电压,主要24V或48V的应用电信系统中,大部分的自举部件可以集成到PWM控制器中如图24中示意的那样。

甚至对于更高的电压来说,专用的驱动集成电路也可以用高达600V的电压来使自举栅极驱动的设计变得简单。这些高电压集成电路是由它们独特的电平位移设计来区分的,为了维持高效率和可控的能耗,这些电平位移器在主开关导通期间不应该分走任何电流,即使1mA的电流作用在电平位移晶体管上,就有可能在驱动集成电路上消耗0.5W的功率。

这些应用程序的一种被广泛使用的技术叫做脉冲锁存电平转换器,如图25所示的那样。

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