傾佳電子：自舉電路的深度解析與核心元器件選型指南

傾佳電子（Changer Tech）是一家專注于功率半導(dǎo)體和新能源汽車連接器的分銷商。他們主要服務(wù)于中國工業(yè)電源、電力電子設(shè)備和新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈。傾佳電子聚焦于新能源、交通電動(dòng)化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向，并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半導(dǎo)體器件以及新能源汽車連接器。

第一章：引言與自舉電路基礎(chǔ)

1.1 半橋拓?fù)渑c高側(cè)驅(qū)動(dòng)的挑戰(zhàn)

在現(xiàn)代電源電子設(shè)計(jì)中，半橋（Half-bridge）拓?fù)涫且环N基礎(chǔ)且應(yīng)用廣泛的電路結(jié)構(gòu)。它由一對(duì)串聯(lián)的開關(guān)器件（如MOSFET）組成，常用于各種電源轉(zhuǎn)換器中，包括降壓（Buck）電路、同步升壓電路、半橋逆變器、全橋逆變器以及三相全橋電路等 。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于其高效率和拓?fù)潇`活性。然而，它也帶來了一個(gè)獨(dú)特的技術(shù)挑戰(zhàn)：如何為位于上半橋臂的高側(cè)開關(guān)管（High-side FET）提供穩(wěn)定的柵極驅(qū)動(dòng)電源。

與下半橋臂的開關(guān)管（Low-side FET）不同，高側(cè)開關(guān)管的源極（Source）連接在開關(guān)節(jié)點(diǎn)（Switch Node, SW）上，這是一個(gè)電壓會(huì)隨著開關(guān)周期在高電位與低電位之間劇烈波動(dòng)的“懸浮”節(jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)的固定電源（如接地參考電源）無法直接為高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器供電。因此，設(shè)計(jì)者必須尋求一種特殊的供電方式，能夠跟隨SW節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)，并始終為高側(cè)驅(qū)動(dòng)器提供一個(gè)穩(wěn)定的柵-源電壓（VGS_High）。這一挑戰(zhàn)是所有半橋及相關(guān)拓?fù)湓O(shè)計(jì)者必須面對(duì)的核心問題。

1.2 自舉電源：簡單而高效的解決方案

為了解決上述挑戰(zhàn)，電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展出多種解決方案。其中，自舉（Bootstrap）電路以其“電路簡單、成本低”的顯著優(yōu)點(diǎn)，成為一種被廣泛采用的經(jīng)典方法 。相比于采用獨(dú)立隔離電源或復(fù)雜電荷泵電路為高側(cè)驅(qū)動(dòng)供電的方案，自舉電路大大降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度和物料成本，尤其適合對(duì)成本敏感的大批量應(yīng)用。其核心思想是利用開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）的周期性電壓擺動(dòng)，將一個(gè)直流電源的能量“自舉”到SW節(jié)點(diǎn)之上，從而形成一個(gè)懸浮的、能夠?yàn)楦邆?cè)驅(qū)動(dòng)器供電的輔助電源。

1.3 自舉電路核心工作原理深度解析

自舉電路的核心在于一個(gè)動(dòng)態(tài)的充放電循環(huán)，它巧妙地利用了半橋拓?fù)涞拈_關(guān)特性來完成能量的轉(zhuǎn)移和存儲(chǔ)。這個(gè)循環(huán)可以被清晰地劃分為兩個(gè)階段：充電階段和放電階段。

1.3.1 充電階段（下管導(dǎo)通）

當(dāng)高側(cè)開關(guān)管（Q1）關(guān)斷、下側(cè)開關(guān)管（Q2）導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)（HS引腳）的電壓會(huì)被下管拉低至地電位（或接近地電位）。此時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)芯片的直流電源（VDD）通過自舉二極管（DBOOT）向自舉電容（CBOOT）充電。由于自舉二極管的正向壓降（VBootDiode）存在，自舉電容兩端的電壓（VBS）會(huì)充電至大約 VBS=VDD?VBootDiode。這個(gè)電壓 VBS 構(gòu)成了為高側(cè)驅(qū)動(dòng)器供電的懸浮電源，為后續(xù)高側(cè)開關(guān)管的導(dǎo)通做好了能量儲(chǔ)備 。

1.3.2 放電階段（上管導(dǎo)通）

當(dāng)下管（Q2）關(guān)斷、高側(cè)開關(guān)管（Q1）導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)（HS引腳）的電壓會(huì)迅速被拉升至高電位。此時(shí)，自舉二極管（DBOOT）的陽極（連接VDD）電壓低于陰極（連接HS），因此二極管處于反向偏置狀態(tài)，從而將自舉電容（CBOOT）與VDD電源隔離開來。在這一階段，自舉電容獨(dú)立地為高側(cè)驅(qū)動(dòng)器供電，驅(qū)動(dòng)上管的柵極，并維持其導(dǎo)通狀態(tài) 。隨著開關(guān)頻率的升高，這個(gè)放電過程對(duì)自舉電容的容量和電壓穩(wěn)定性提出了更高的要求。

自舉電路的原理決定了其核心約束，即充電和放電這兩個(gè)過程必須在一個(gè)完整的開關(guān)周期內(nèi)達(dá)到能量平衡。放電期間，自舉電容消耗能量驅(qū)動(dòng)上管；充電期間，電容從VDD補(bǔ)充能量。這個(gè)補(bǔ)充能量的時(shí)間窗口（即下管的導(dǎo)通時(shí)間）受到占空比的直接限制。當(dāng)占空比極高（D接近100%）時(shí)，下管導(dǎo)通時(shí)間極短，充電時(shí)間窗口嚴(yán)重壓縮，可能導(dǎo)致電容無法獲得足夠的補(bǔ)充能量，其電壓會(huì)持續(xù)下降，最終可能引發(fā)驅(qū)動(dòng)器欠壓鎖定（UVLO），從而導(dǎo)致上管無法正常工作。這一固有的因果關(guān)系是理解自舉電路所有問題的基礎(chǔ)。

第二章：自舉電容（C_BOOT）的選型原則

自舉電容是自舉電路的核心“能量庫”，其選型直接關(guān)系到高側(cè)驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。其主要任務(wù)是為高側(cè)MOSFET提供足夠的柵極電荷，并在放電周期內(nèi)將電壓降（?VHB）限制在可接受的范圍內(nèi)，以防止驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)欠壓鎖定（UVLO）而過早關(guān)斷 。

2.1 容值計(jì)算的兩種方法

2.1.1 經(jīng)驗(yàn)法則：基于柵極電容的快速估算

在初步設(shè)計(jì)階段，可以采用經(jīng)驗(yàn)法則對(duì)自舉電容的容值進(jìn)行快速估算。根據(jù)這一法則，自舉電容的容值應(yīng)至少比高側(cè)MOSFET的柵極電容大10倍，即： $$C_{boot} geq 10 times C_g quad text{}$$其中，

Cg 是MOSFET的柵極電容，它可以通過柵極電荷 Qg 和柵極驅(qū)動(dòng)電壓 VQ1g 來計(jì)算：

Cg=VQ1gQg

而 VQ1g 則是柵極驅(qū)動(dòng)器IC的電源電壓 VDD 減去自舉二極管的正向壓降 VBootDiode 。這一經(jīng)驗(yàn)法則考慮了在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的多種情況，包括溫度導(dǎo)致的電容變化、以及負(fù)載瞬態(tài)期間可能跳過的周期。

2.1.2 精準(zhǔn)計(jì)算：兼顧損耗與UVLO的嚴(yán)謹(jǐn)方法

對(duì)于更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，可以采用更精確的公式來計(jì)算自舉電容的最小值。這一方法的核心是確保自舉電容的電壓降（?VHB）不超過驅(qū)動(dòng)器UVLO的閾值。計(jì)算公式為：

Cboot≥ΔVHBQtotal

其中，Qtotal 代表在放電周期內(nèi)高側(cè)驅(qū)動(dòng)器消耗的總電荷，它不僅包括驅(qū)動(dòng)高側(cè)MOSFET柵極所需的電荷 QG，還包括驅(qū)動(dòng)器本身的靜態(tài)電流 IHB 以及可能存在的從HB到VSS的漏電流 IHBS 所消耗的電荷。其完整表達(dá)式為：

$$Q_{total} = Q_G + I_{HBS} times frac{D_{max}}{f_{sw}} + frac{I_{HB}}{f_{sw}}$$而 $Delta V_{HB}$ 是自舉電容兩端允許的最大電壓降，其計(jì)算公式為：$$Delta V_{HB} = V_{DD} - V_{DH} - V_{HBL}$$

其中，VDD 是柵極驅(qū)動(dòng)器IC的電源電壓，VDH 是自舉二極管的正向壓降，VHBL 是HB UVLO下降閾值電壓 。

2.2 容值選擇的權(quán)衡：過大與過小的影響

自舉電容的容值選擇是一個(gè)典型的權(quán)衡問題，過大或過小都會(huì)對(duì)電路性能產(chǎn)生負(fù)面影響 。

容值過小：如果自舉電容的容值低于所需的最小值，它可能無法存儲(chǔ)足夠的電荷來驅(qū)動(dòng)高側(cè)MOSFET。在放電周期內(nèi)，電容上的電壓降會(huì)過大，可能導(dǎo)致其電壓跌落至低于驅(qū)動(dòng)芯片的UVLO閾值，從而觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，使上管過早關(guān)斷，甚至無法展開占空比 。

容值過大：如果自舉電容的容值過大，也會(huì)帶來一系列問題。首先，它會(huì)導(dǎo)致初始充電時(shí)流經(jīng)自舉二極管的沖擊電流過大。根據(jù)公式 Ipeak=Cboot×(Dv/dt) ，容值越大，在電壓瞬變時(shí)產(chǎn)生的峰值電流就越高，這可能燒毀內(nèi)部集成的自舉二極管 。其次，過大的電容會(huì)延長充電時(shí)間，導(dǎo)致最小關(guān)斷時(shí)間

Toff 變大，從而限制了最大占空比的展開 。

2.3 推薦的電容類型與關(guān)鍵參數(shù)

為了確保自舉電路的穩(wěn)定性和可靠性，建議使用表面貼裝型多層陶瓷電容器（MLCC）作為自舉電容 。MLCC具有良好的額定電壓、溫度系數(shù)、低ESR（等效串聯(lián)電阻）和低ESL（等效串聯(lián)電感）特性，非常適合高頻開關(guān)應(yīng)用。在選擇電容時(shí)，其耐壓值應(yīng)至少為VDD電源電壓的兩倍，以提供足夠的安全裕量 。

自舉電容、自舉電阻和自舉二極管并非孤立的元件，而是構(gòu)成一個(gè)相互制約、緊密耦合的系統(tǒng)。例如，一個(gè)大容值的自舉電容為了滿足驅(qū)動(dòng)需求，會(huì)產(chǎn)生極高的沖擊電流，這迫使設(shè)計(jì)者必須引入自舉電阻（RBOOT）來限制電流。然而，自舉電阻的引入又會(huì)增加充電時(shí)間常數(shù)，限制了最大占空比，并增加了UVLO的風(fēng)險(xiǎn)。因此，一個(gè)元件的選型決策會(huì)直接影響到另外兩個(gè)元件的性能要求和設(shè)計(jì)裕量。

第三章：自舉二極管（D_BOOT）的選型原則

自舉二極管是自舉電路中的關(guān)鍵“單向閥”，其職能包括：一是作為VDD向自舉電容（CBOOT）的充電路徑；二是作為上管導(dǎo)通時(shí)將VDD與懸浮的高壓SW節(jié)點(diǎn)隔離的“安全閥” 。其選型直接影響到電路的效率、可靠性和高頻性能。

3.1 關(guān)鍵性能參數(shù)深度解析

3.1.1 正向壓降（Vf）：對(duì)效率與驅(qū)動(dòng)電壓的影響

正向壓降（Vf）是指二極管在導(dǎo)通時(shí)兩端的電壓降。對(duì)于自舉二極管而言，Vf越低越好。Vf越低，自舉電容上的充電電壓就越接近VDD，從而為高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器提供更充足的驅(qū)動(dòng)電壓。充足的柵極驅(qū)動(dòng)電壓能有效降低高側(cè)MOSFET的導(dǎo)通電阻（Rds(on)），從而減小導(dǎo)通損耗，提高整體效率 。肖特基二極管（Schottky Diode）以其極低的正向壓降而著稱，使其成為自舉二極管的理想選擇。

3.1.2 反向恢復(fù)時(shí)間（trr）：高頻應(yīng)用的決定性因素

反向恢復(fù)時(shí)間（trr）是指二極管從導(dǎo)通狀態(tài)（正向偏置）轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)（反向偏置）時(shí)，電流沿相反方向流動(dòng)所需的時(shí)間 。在這一短暫的時(shí)間內(nèi)，二極管會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向恢復(fù)電流，從而導(dǎo)致開關(guān)損耗。在半橋電路中，當(dāng)開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）電壓迅速上升時(shí)，自舉二極管需要迅速從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。如果其反向恢復(fù)時(shí)間過長，會(huì)產(chǎn)生顯著的恢復(fù)電流，從而增加開關(guān)損耗，并在開關(guān)節(jié)點(diǎn)上引發(fā)振鈴（ringing） 。

隨著電源開關(guān)頻率的不斷提升，每次開關(guān)周期的trr損耗變得愈發(fā)顯著，甚至可能超過導(dǎo)通損耗。因此，對(duì)于高頻應(yīng)用，選擇trr極短的二極管至關(guān)重要 。肖特基二極管是一種不依賴少數(shù)載流子進(jìn)行電流傳輸?shù)膯螛O器件，其反向恢復(fù)時(shí)間幾乎為零，使其在高頻開關(guān)應(yīng)用中具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

3.1.3 額定電流與反向耐壓

除了Vf和trr，自舉二極管的額定電流（IF）和反向耐壓（VR）也是關(guān)鍵參數(shù) 。額定電流必須大于自舉電容的峰值充電電流，以避免過熱損壞。反向耐壓則必須大于輸入電源電壓，以確保在高側(cè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，二極管能可靠地將VDD與高壓SW節(jié)點(diǎn)隔離開來。

3.2 肖特基二極管與超快恢復(fù)二極管的對(duì)比選型

在自舉電路中，通常選擇肖特基二極管（SBD）或超快恢復(fù)二極管（FRD）。下表對(duì)比了這兩種主流二極管的性能特點(diǎn)：

特性肖特基二極管（SBD）超快恢復(fù)二極管（FRD）選型考量正向壓降 (Vf)

極低

較低，但高于SBD

Vf越低，自舉電容充電電壓越接近VDD，降低高側(cè)MOSFET的導(dǎo)通損耗。反向恢復(fù)時(shí)間 (trr)

極短（近乎為零）

短

trr越短，高頻開關(guān)損耗越小，開關(guān)節(jié)點(diǎn)振鈴越輕微。在高頻應(yīng)用中至關(guān)重要。反向耐壓 (VR)通常較低（<200V）通常較高（>200V）

需大于輸入電源電壓。對(duì)于高壓應(yīng)用，F(xiàn)RD或SiC SBD是更好的選擇 。

反向漏電流 (IR)

較高

較低IR越大，功耗越高。溫度特性

Vf和trr受溫度影響小

trr隨溫度升高而變長

SBD的開關(guān)特性在高溫下更具優(yōu)越性。

3.3 針對(duì)GaN等新型器件的特殊考量

碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體器件以其極快的開關(guān)速度和高效率正逐漸普及。然而，這些器件對(duì)自舉電路提出了更高的要求。例如，GaN FET通常不具備硅MOSFET的寄生體二極管，其在第三象限導(dǎo)通時(shí)的壓降特性與硅器件不同，這使得其在死區(qū)時(shí)間內(nèi)可能產(chǎn)生更大的負(fù)電壓 。這種負(fù)電壓會(huì)加劇自舉電容的過充風(fēng)險(xiǎn)，因此需要搭配具有極低trr的自舉二極管，并結(jié)合其他鉗位技術(shù)來解決高頻開關(guān)帶來的振鈴和過充問題。

第四章：自舉電阻（R_BOOT）的選型原則

自舉電阻（RBOOT）在自舉電路中扮演著“平衡器”的角色，其作用并非僅限于限流，而是連接了電容選型、二極管保護(hù)與系統(tǒng)EMI/效率之間的復(fù)雜權(quán)衡。

4.1 自舉電阻的多重作用：電流限制與EMI抑制

4.1.1 限制充電峰值電流

自舉電阻的首要功能是在自舉電容（CBOOT）充電時(shí)，限制流經(jīng)自舉二極管（DBOOT）的峰值電流 。這在電路啟動(dòng)時(shí)尤為重要，因?yàn)榇藭r(shí)自舉電容處于完全放電狀態(tài)，充電電流峰值可能非常高。通過引入一個(gè)合適的電阻，可以有效保護(hù)自舉二極管，特別是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部集成了面積和散熱能力有限的二極管時(shí) 。

4.1.2 抑制高頻振鈴與EMI

自舉電阻的另一個(gè)關(guān)鍵作用是抑制開關(guān)節(jié)點(diǎn)（SW）上的高頻振鈴，并優(yōu)化電磁干擾（EMI）性能 。通過與自舉電容串聯(lián)，自舉電阻會(huì)增加高側(cè)MOSFET柵極的驅(qū)動(dòng)時(shí)間常數(shù)，從而減緩其導(dǎo)通速度（降低

dv/dt）。這為寄生電感和電容組成的網(wǎng)絡(luò)提供了更多時(shí)間來放電，從而有效限制了開關(guān)過程中的振鈴，降低了輻射EMI水平。

4.2 阻值選擇的權(quán)衡藝術(shù)

選擇合適的自舉電阻阻值是一門權(quán)衡的藝術(shù)，需要綜合考慮多個(gè)相互矛盾的因素。

阻值過大：如果自舉電阻的阻值過大，它會(huì)顯著增加自舉電容的充電時(shí)間。在占空比較高，下管導(dǎo)通時(shí)間（Toff)很短的情況下，自舉電容可能無法在每個(gè)周期內(nèi)充滿電，導(dǎo)致其電壓持續(xù)下降，最終觸發(fā)欠壓鎖定（UVLO），使高側(cè)FET在周期中間關(guān)閉 。此外，過大的電阻會(huì)減慢MOSFET的開關(guān)速度，增加開關(guān)損耗，從而降低系統(tǒng)效率 。

阻值過?。喝绻柚颠^小，則無法有效限制啟動(dòng)時(shí)流經(jīng)二極管的大沖擊電流，也無法有效抑制SW節(jié)點(diǎn)上的高頻振鈴和EMI。因此，阻值過小無法起到保護(hù)元件和優(yōu)化EMI的作用。

在大多數(shù)應(yīng)用中，自舉電阻的值通常在5Ω至10Ω之間 。實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師通常從0Ω開始逐漸增加阻值，直到達(dá)到所需的振鈴或EMI水平，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全面測(cè)試和評(píng)估，以確保在所有輸入電壓、輸出電壓、負(fù)載電流和工作溫度條件下都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的性能 。

4.3 自舉電阻的功率耗散計(jì)算

自舉電阻在充放電周期內(nèi)會(huì)產(chǎn)生功率耗散。尤其在啟動(dòng)階段，當(dāng)自舉電容第一次充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)的高功耗 。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)最大可能流過的電流和電壓，計(jì)算其平均功率耗散，并留出足夠的裕量，以確保電阻的功率額定值能夠承受其工作環(huán)境下的熱應(yīng)力。

第五章：自舉電路常見問題與高級(jí)解決方案

盡管自舉電路簡單高效，但在特定應(yīng)用場(chǎng)景下，其固有特性也會(huì)導(dǎo)致一些挑戰(zhàn)，需要通過特殊設(shè)計(jì)來解決。

5.1 占空比極限與緩慢下電問題

電源轉(zhuǎn)換器在輸入電壓（VIN）緩慢下降至接近輸出電壓（VOUT）時(shí)，其占空比（D）會(huì)接近100% 。此時(shí)，下管的導(dǎo)通時(shí)間（

Toff)變得極短，導(dǎo)致自舉電容無法獲得足夠的充電能量。隨著時(shí)間的推移，自舉電容上的電壓持續(xù)下降，最終會(huì)降到驅(qū)動(dòng)芯片的UVLO閾值以下，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷，從而引發(fā)輸出電壓異常重啟的循環(huán) 。

為了解決這個(gè)問題，可以從應(yīng)用角度采取以下措施：

加快輸入端放電：減小輸入端的總電容容量，或增加假負(fù)載來加速輸入電壓的下降，避免輸入與輸出電壓長時(shí)間接近 。

增加自舉電容容量：適當(dāng)增加CBOOT的容值可以延長其電壓下降的時(shí)間，但需要注意其上限，因?yàn)檫^大的電容會(huì)增加充電沖擊電流并限制最小關(guān)斷時(shí)間 。

使用芯片的使能（EN）功能：通過設(shè)置一個(gè)較高的關(guān)斷電壓點(diǎn)，可以在輸入電壓接近輸出電壓之前，提前關(guān)斷芯片，從而避免問題的發(fā)生 。

外部能量維持電路：針對(duì)那些沒有集成內(nèi)部解決方案的芯片，可以通過設(shè)計(jì)外部電路，例如外部電荷泵或能量維持電路，來為自舉電容提供穩(wěn)定的補(bǔ)充能量，確保其電壓始終高于UVLO閾值，直至輸入電壓完全降到轉(zhuǎn)換器工作范圍之外 。

5.2 自舉電容過充問題：成因與解決方案

在半橋拓?fù)渲校?dāng)高側(cè)和低側(cè)FET都處于關(guān)斷狀態(tài)的死區(qū)時(shí)間內(nèi)，由于負(fù)載電流的持續(xù)循環(huán)，高側(cè)FET的源極（即開關(guān)節(jié)點(diǎn)HS）可能會(huì)產(chǎn)生負(fù)電壓 。對(duì)于硅MOSFET而言，其寄生體二極管會(huì)鉗位這個(gè)負(fù)電壓，使其保持在較低水平。然而，對(duì)于GaN等新型器件，由于其沒有體二極管，這個(gè)負(fù)電壓會(huì)更大，可能達(dá)到其閾值電壓（Vth）水平 。

這種負(fù)電壓會(huì)使得為高側(cè)FET供電的自舉電容（CBOOT）電壓在死區(qū)時(shí)間內(nèi)增加，可能超過VDD加上負(fù)電壓的總和，從而導(dǎo)致自舉電容上的電壓過高，甚至超出GaN FET柵極所能承受的電壓范圍 。

為了解決自舉過充問題，可以采用多種方法：

更改自舉元件：這是最簡單的方法，通過增大自舉電阻（RBOOT）或使用正向壓降（Vf）更高的二極管來限制流經(jīng)自舉路徑的電流，從而減少過充 。

齊納二極管法：將一個(gè)擊穿電壓（Vz）合適的齊納二極管與CBOOT并聯(lián)。一旦CBOOT充電至Vz，任何多余的電荷都會(huì)在齊納二極管中消耗，從而防止其電壓繼續(xù)升高 。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡單可靠，但在高電流下會(huì)產(chǎn)生熱量，影響效率。

肖特基二極管法：將一個(gè)肖特基二極管與下部GaN FET并聯(lián)。這個(gè)二極管在第三象限運(yùn)行中起到類似于體二極管的作用，將負(fù)HS電壓鉗位在一個(gè)較低的水平（通常小于1V），從而從根本上減少自舉過充 。這種方法比齊納二極管更高效，因?yàn)樗谠搭^上解決了問題。

5.3 其他替代方案：電荷泵與隔離電源的比較

在對(duì)性能要求極高、且無法容忍任何占空比限制的場(chǎng)合，可以使用電荷泵或隔離電源作為自舉電路的替代方案 。這些方案可以提供恒定的高壓，使驅(qū)動(dòng)器完全獨(dú)立于開關(guān)狀態(tài)，從而允許100%的占空比運(yùn)行，并完全避免自舉充電問題。然而，這些方案的缺點(diǎn)是成本更高，電路也更復(fù)雜，因此在非隔離式柵極驅(qū)動(dòng)電路中很少使用 。

第六章：設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐與總結(jié)

6.1 綜合考量：如何平衡效率、可靠性與成本

自舉電路的設(shè)計(jì)是一門復(fù)雜的權(quán)衡藝術(shù)，其核心在于理解和管理自舉電容、自舉電阻和自舉二極管這三個(gè)元件之間的相互作用。為了降低EMI而增加自舉電阻，可能會(huì)以犧牲效率為代價(jià)；為了提高效率而使用低Vf的二極管，可能會(huì)增加反向漏電流。一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師必須在這些相互矛盾的目標(biāo)之間找到最佳平衡點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的性能，所有元器件都必須在各種輸入電壓、輸出電壓、負(fù)載電流和工作溫度條件下進(jìn)行全面測(cè)試和評(píng)估 。

6.2 結(jié)論：自舉電路設(shè)計(jì)精要

自舉電路作為一種經(jīng)典的高側(cè)驅(qū)動(dòng)方案，其核心在于理解其動(dòng)態(tài)的充放電機(jī)制及其與開關(guān)周期、占空比的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。元件的選型不能孤立地進(jìn)行，而必須系統(tǒng)性地考慮它們作為一個(gè)耦合系統(tǒng)所帶來的相互影響。面對(duì)高頻化、高功率密度以及GaN等新型半導(dǎo)體器件帶來的新挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)自舉電路會(huì)遇到如過充和緩慢下電等新問題。然而，通過深入理解其物理機(jī)制，并巧妙地運(yùn)用高級(jí)元件選擇和設(shè)計(jì)技巧（如齊納二極管鉗位、肖特基鉗位或外部能量維持電路），這些挑戰(zhàn)都是可以被有效克服的。最終，一個(gè)成功的自舉電路設(shè)計(jì)，不僅是精確計(jì)算的結(jié)果，更是設(shè)計(jì)師對(duì)電路拓?fù)洹⑵骷锢硖匦砸约跋到y(tǒng)級(jí)性能要求深刻理解的體現(xiàn)。

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