ZHCADQ3 January 2024 UCC27201A

3 正确确定自举电容器和 VDD 电容器的容值

在任何应用中，确定自举电容器和 VDD 电容器的正确容值都很重要，在双向直流/直流转换器中更是如此。下面快速介绍了选择自举电容值和 VDD 电容值的过程。应用手册“针对半桥配置的自举电路选择”也是有关此主题的不错参考。

首先计算自举电容在对 MOSFET Q_G 充电过程中允许的压降。

方程式 1.

∆ V_{H B} = V_{D D} - V_{F} - V_{H B m i n}

其中...

V_DD 是栅极驱动器器件的电源电压
V_F 是自举二极管正向压降
V_HBmin 是驱动 MOSFET 的最小 HB 偏置电压

接下来确定自举电容器每个开关周期所需的总电荷，通常由 MOSFET Q_G 决定。

方程式 2.

Q_{T O T A) L} = Q_{G} + I_{H B S} x (\frac{D_{M A X}}{f_{S W}}) + (\frac{I_{H B}}{f_{S W}})

其中...

Q_G 是高侧驱动器输出端的总 MOSFET 栅极电荷
I_HBS 是数据表中的 HB 至 VSS 漏电流
D_MAX 是高侧 MOSFET 上的转换器最大占空比
I_HB 是数据表中的 HB 静态电流

最后，目标最小自举电容器值可以通过以下公式确定。

方程式 3.

C_{B O O T m i n} = \frac{Q_{T O T A) L}}{{Δ V}_{H B}}

通过上述分析可得出最小自举电容值，以便提供足够的自举偏置电荷，从而以足够的 V_GS 正确驱动高侧 MOSFET Q_G。电容器必须是高质量电介质，例如 X7R 或性能更好的电介质，设计人员需要考虑施加的温度和电压的容差并增加一些裕度。

如果设计在启用相位时无法适应 LI 输入启动脉冲的建议时序，或者无法容纳低频 LI 脉冲以使 HB-HS 偏置电容器在空闲时保持充电状态，建议使外部自举二极管和驱动器中的内部自举二极管并联配置。此外，选择 100V 半桥驱动器（例如 LM5101A、UCC2720x(A)、UCC27211A、UCC27301A 或 UCC27311A）也很重要。

外部自举二极管必须是肖特基二极管，其额定电压足以在包括任何 HS 电压过冲在内的最坏工作条件下满足 HS 上的最大电压。此外，外部二极管 V_F 必须确保外部二极管传导大部分自举充电电流，以降低驱动器内部二极管上的应力。将外部二极管靠近驱动器 VDD 和 HB 引脚放置非常重要，因此小型封装器件非常适合这种情况。

图 3-1 显示了采用小型 SOD123 封装的 100V 肖特基外部二极管的理想二极管正向电压曲线。80mA 和 100uA 条件下的驱动器内部自举二极管 V_F 参数也是以红色显示。

您可以看到，驱动器内部自举二极管 V_F 的红色标记明显高于作为目标的外部二极管。还请注意，需要采用小型封装以便靠近驱动器 IC 放置，并选择具有高峰值电流能力的二极管，因为自举二极管在从 0V 向自举电容器充电的初始充电脉冲期间可能具有高峰值电流。

图 3-1 外部自举二极管示例的 V_F 与 I_F 间的关系