高压半桥栅极驱动的自举供电与抗干扰设计

高压半桥栅极驱动的自举供电与抗干扰设计

摘要单片高压栅极驱动器能够简化半桥控制，但自举供电栅极电阻和寄生参数必须协同设计。自举电容过小会触发欠压，栅极回路过快会放大振铃和误导通，布局寄生又会把功率回路瞬态耦合进驱动器。本文给出从电荷预算到样机验证的完整方法。

1 自举供电依赖周期刷新

自举二极管和电容在低侧导通或开关节点处于低电位时充电，随后以浮动电源形式驱动高侧器件。方案简单且成本低，但高侧长时间导通会持续消耗电荷，因此最大占空比和导通时间受刷新机会限制。

允许压降应满足DeltaVBS不大于VCC减去二极管压降最小栅极电压和低侧导通压降，同时最小栅极电压必须高于高侧欠压锁定阈值。计算要使用最低VCC 最高温度和最大压降。

总电荷Qtot不仅包含功率器件栅极电荷，还包括电平移位电荷静态电流栅漏电驱动器浮动区漏电二极管漏电和高侧导通时间内的其他负载。最低电容可写成CBOOTmin等于Qtot除以允许压降DeltaVBS。

来源示例在15伏供电 0.4伏允许压降和290纳库总电荷下得到725纳法。该结果尚未包含特定PWM占空比和调制方式，因此工程选值还需加入电容容差直流偏置温度和刷新不足裕量。至少并联一只低ESR陶瓷电容通常有利于提供快速栅极电荷。

自举电阻限制首次上电和刷新时的浪涌，但它与电容形成时间常数，阻值过大可能在可用低侧导通时间内充不满。电解电容的ESR会造成充电阶跃，长导通时间应用可用小陶瓷并联较大储能电容，在快速供电和低纹波之间折中。

自举二极管的反向耐压应高于直流母线相关应力，并具备足够快的反向恢复。其正向压降和高温漏电都要进入最坏电荷与电压预算。

开通电阻控制栅极电流变换时间和开关节点dv dt。关断电阻还要抑制米勒电容注入导致的自导通。若关断路径总电阻过大，dv dt电流在栅极产生的电压可能超过阈值并造成桥臂直通。

开通和关断可采用不同阻值及二极管分流。初值可由栅极电荷平台电压和目标切换时间估算，但最终值必须结合驱动器输出电阻 PCB寄生和实测波形调整。

驱动去耦应紧贴VCC VSS以及VB VS引脚，栅极回路和返回路径面积应尽可能小。高压浮动侧与低压控制侧应分区，地平面不要靠近高dv dt浮动节点，以减少电容耦合。

调试时同时观察VBS 栅源电压开关节点和驱动器COM或VS的负向尖峰。使用低电感探头，并覆盖启动再生电流短路关断和最高母线电压。所有钳位和保护仍需遵守具体驱动器与功率器件的绝对最大额定值。