電容器的漏電流,只有在使用電解電容器時(shí),才需要考 慮,否則,可以忽略不計(jì)。
例如:當(dāng)使用外部自舉二極管時(shí),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(shí)占空比 =50%)
ILKDIODE = 10 nA 如果自舉電容器在高端開關(guān)處于開啟狀態(tài)時(shí),大允許 的電壓降是 1.0 V,小電容值通過等式 3 計(jì)算。
自舉電容計(jì)算如下:
外部二極管導(dǎo)致的電壓降大約為 0.7 V。假設(shè)電容充電 時(shí)間等于高端導(dǎo)通時(shí)間 (占空比 50%)。根據(jù)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(shí)際的電容值必 須根據(jù)使用的器件來選擇。如果電容值過大,自舉電容 的充電時(shí)間減少,低端導(dǎo)通時(shí)間可能不足以使電容達(dá)到 自舉電壓。
當(dāng)使用外部自舉電阻時(shí),電阻 RBOOT 帶來一個(gè)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(shí)間 ( 低端導(dǎo)通時(shí)間 )
不要超過歐姆值(典型值 5~10 Ω),將會(huì)增加 VBS 時(shí)間 常數(shù)。當(dāng)計(jì)算大允許的電壓降 (VBOOT) 時(shí),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(shí)間,我們可以使用一個(gè)快速恢復(fù)或超快 恢復(fù)二極管。
如圖 1 所示,自舉電路對(duì)于高電壓柵極驅(qū)動(dòng)器是很有用 的。但是,當(dāng)主要 MOSFET(Q1) 的源極和自舉電容 (CBOOT) 的負(fù)偏置節(jié)點(diǎn)位于輸出電壓時(shí),它有對(duì)自舉電 容進(jìn)行初始化啟動(dòng)和充電受限的問題。啟動(dòng)時(shí),自舉二 極管 (DBOOT) 可能處于反偏,主要 MOSFET(Q1) 的導(dǎo)通 時(shí)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(yīng)用中,如電池充電器,輸出電壓在輸入電源加 載到轉(zhuǎn)換器之前可能已經(jīng)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(shè)輸入電壓 (VDC)和輸出電壓 (VOUT) 之間有足夠的電壓差,由啟 動(dòng)電阻 (RSTART),啟動(dòng)二極管 (DSTART) 和齊納二極管 (DSTART) 組成的電路,可以解決這個(gè)問題,如圖 14 所 示。在此啟動(dòng)電路中,啟動(dòng)二極管 DSTART 充當(dāng)次自舉二 極管,在上電時(shí)對(duì)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(shí), 這個(gè)電壓應(yīng)該大于驅(qū)動(dòng)器的電源電壓 (VDD) 。啟動(dòng)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(yīng)該選擇合適的啟動(dòng)電阻值使電流極低,因?yàn)?電路中通過啟動(dòng)二極管的自舉路徑是不變的。
在第一個(gè)選項(xiàng)中,自舉電路包括一個(gè)小電阻,RBOOT,它 串聯(lián)了一個(gè)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(guān)導(dǎo)通,高端開關(guān)關(guān)閉)。電源 VCC,通過自舉電阻 RBOOT 和二極管 DBOOT,對(duì)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(fù) 時(shí)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(diǎn)。占空比受限于自舉電容 CBOOT 刷 新電荷所需要的時(shí)間,還有啟動(dòng)問題。不要超過歐姆值 (典型值 5~10 Ω),將會(huì)增加 VBS 時(shí)間常數(shù)。低導(dǎo)通 時(shí)間,即給自舉電容充電或刷新電荷的時(shí)間,必須匹配 這個(gè)時(shí)間常數(shù)。該時(shí)間常數(shù)取決于自舉電阻,自舉電容 和開關(guān)器件的占空比,用下面的等式計(jì)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(shí)間 常數(shù)通過下式計(jì)算:
即使連接一個(gè)合理的大自舉電容和電阻,該時(shí)間常數(shù)可 能增大。這種方法能夠緩解這個(gè)問題。不幸的是,該串 聯(lián)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(gè)選項(xiàng)中,自舉電路的 VS 和 VOUT 之間,添加上 一個(gè)小電阻 RVS,如圖 16 所示。RVS 的建議值在幾個(gè)歐 姆左右。
RVS不僅用作自舉電阻,還用作導(dǎo)通電阻和關(guān)斷電阻,如 圖 17。自舉電阻,導(dǎo)通電阻和關(guān)斷電阻通過下面的等式 計(jì)算: