自举电路电路图
逆变过程中当输出端(U/V/W)电位会拉低到GND附近时,N侧15V的控制电源会通过限流电阻和自举二极管对自举电容充电。但由于开关状态,自举电容容量,限流电阻等限制使自举电容可能不能完全充电。充电不完全将导致的自举电容欠压,进而使模块工作进入欠压保护状态。由于驱动电压降低,P侧器件的功率损耗将增加直至进入欠压保护而停止开关。所以在自举电路设计时应该做充分的考虑和评估。
初始化充电:
系统上电时自举电容电压为0V,或者当自举电容电压可能会降至欠压点以下时,需要对自举电容进行充电。一般情况下,可以通过开通所有N侧IGBT实现自举电容充电。
自举电容充电有两种方式,一种是通过单个长脉冲实现,另一种是通过多个短脉冲实现。
单个脉冲充电时的波形 多脉冲充电时的波形
初始化充电时间取决于自举电容的电容量,自举二极管正向压降和限流电阻阻值。粗略的充电时间常数可以通过自举电容值和限流电阻值计算得到。
举例:限流电阻(100Ω),自举电容值=22μF,VDD=15V,
要使充电达到饱和,需要5倍于时间常数的时间。T=5*100*22uF=11ms,由于充电路径中N侧IGBT (VCE(sat)) 和自举二极管(VF)产生的压降,建议初始化充电的电压值越高越好。
停止运行时,自举电容的电压会逐渐降低。下降速率可以通过自举电容值C和P侧驱动芯片的稳态电流估算得到。
电压降ΔV= IDB×t/C(t:未充电时间)
运行时充电
在PWM信号的逆变操作中,自举电容上的电荷将被电路电流(如:P侧IGBT驱动)消耗掉。P侧的IGBT关断后,在N侧IGBT的开通或N侧二极管续流期间,输出端(U,V,W)电位将降至GND附近。如果此时自举电容电压VDB低于控制电源电压(15V),自举电容会通过自举二极管再次充电。由于自举二极管的开通,实际上当VDB低于N侧控制电源电压(15V)0.6V时,充电就开始了。
充电状态
充电电流(考虑限流电阻)
自举电路设计注意事项:
1) 自举电容
自举电容主要采用电解电容器。近年来,大容量的陶瓷电容器也开始被采用。但应用于直流电压时,电解电容器的直流偏压特性与陶瓷电容器大不相同(特别是大容值产品)。在应用于直流15V电压时,有些陶瓷电容器的容量会在额定值的基础上下降30%。
2) 自举二极管
建议自举二极管的耐压值大于IGBT的集电极-发射极之间电压值(VCES)。其反向恢复时间trr应该小于100ns(快恢复型)。
3) 限流电阻
选择限流电阻时要注意电阻的额定功率和对浪涌电流(开关动作时可能有浪涌电流施加在电阻上)的耐受力等。
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