自舉電路是一種利用電容器的儲(chǔ)能特性來提升電路中某一點(diǎn)的電壓，從而實(shí)現(xiàn)高增益或高輸入阻抗的電路技術(shù)。自舉電路在放大電路中有著重要的作用，尤其是在需要高輸入阻抗和高電壓增益的應(yīng)用中。以下是對(duì)自舉電路及其在放大電路中作用的詳盡分析。

自舉電路通過使用電容器在電源電壓和電路工作電壓之間創(chuàng)建一個(gè)虛擬的增益級(jí)，從而在沒有實(shí)際增益元件的情況下提升電路的輸入電壓。這種技術(shù)可以有效地增加放大器的輸入阻抗，同時(shí)減少所需的直流電源電壓。

自舉電路的工作原理基于電容器在交流信號(hào)中的行為。在直流條件下，電容器表現(xiàn)為開路，而在交流條件下，電容器可以充電和放電，表現(xiàn)出低阻抗的特性。自舉電路利用這一特性，在交流信號(hào)作用下，通過電容器將一部分能量存儲(chǔ)起來，并在需要時(shí)釋放，以提升電路的某一點(diǎn)電壓。

1.提高輸入阻抗 ：自舉電路可以顯著提高放大電路的輸入阻抗，這對(duì)于與高阻抗信號(hào)源的接口非常重要，可以減少信號(hào)源的負(fù)載效應(yīng)。

2.增加電壓增益 ：通過自舉技術(shù)，放大電路可以在不增加電源電壓的情況下，實(shí)現(xiàn)較高的電壓增益。

3.改善穩(wěn)定性 ：自舉電路可以減少放大電路的穩(wěn)定性問題，因?yàn)樗鼫p少了電路對(duì)電源電壓變化的敏感性。

4.減少電源需求 ：自舉電路允許使用較低的電源電壓實(shí)現(xiàn)高電壓增益，從而降低了對(duì)電源的要求。

5.信號(hào)調(diào)理 ：自舉電路常用于信號(hào)調(diào)理，如提升信號(hào)電平，以滿足后續(xù)電路的輸入要求。

1.電容選擇 ：自舉電容的選擇需要考慮其在交流信號(hào)頻率下的充放電速率，以及其對(duì)電路總體性能的影響。

2.穩(wěn)定性分析 ：設(shè)計(jì)自舉電路時(shí)，需要進(jìn)行穩(wěn)定性分析，確保電路在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)都能穩(wěn)定工作。

3.電源管理 ：自舉電路可能會(huì)對(duì)電源造成額外的負(fù)載，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮電源的穩(wěn)定性和管理。

4.信號(hào)頻率 ：自舉電路的效率和性能與信號(hào)頻率有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮信號(hào)的頻率范圍。

5.電路布局 ：電路布局對(duì)自舉電路的性能至關(guān)重要，需要考慮布線、接地和屏蔽等因素。

1.運(yùn)算放大器 ：在運(yùn)算放大器電路中，自舉電路可以用于提高增益和輸入阻抗。

2.傳感器信號(hào)調(diào)理 ：在傳感器信號(hào)調(diào)理電路中，自舉電路可以用于提升微弱信號(hào)的電平。

3.射頻放大器 ：在射頻放大器中，自舉電路可以用于實(shí)現(xiàn)高增益和高阻抗的匹配。

4.電源管理 ：在電源管理電路中，自舉電路可以用于提升電壓，以滿足特定電路的電源需求。

自舉電路是一種有效的電路技術(shù)，可以在不增加電源電壓的情況下提高放大電路的輸入阻抗和電壓增益。它在運(yùn)算放大器、傳感器信號(hào)調(diào)理、射頻放大器和電源管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

自舉電路也有一些局限性，有些應(yīng)用如電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)長(zhǎng)期工作在低轉(zhuǎn)速大電流場(chǎng)合，下管的開通占空比一直比較小，造成上管的自舉充電不夠，這種情況需要在PWM算法上做特定占空比補(bǔ)償或者獨(dú)立電源供應(yīng)。在一些低成本的應(yīng)用中，特別是對(duì)于一些600V小功率的IGBT，業(yè)界總是嘗試把驅(qū)動(dòng)級(jí)成本降到最低。因而自舉式電源成為一種廣泛的給高壓柵極驅(qū)動(dòng)(HVIC)電路供電的方法，原因是電路簡(jiǎn)單并且成本低。

自舉電路的工作原理

如下圖自舉電路僅僅需要一個(gè)15~18V的電源來給逆變器的驅(qū)動(dòng)級(jí)提供能量，所有半橋底部IGBT都與這個(gè)電源直接相連，半橋上部IGBT的驅(qū)動(dòng)器通過電阻Rboot和二極管VF連接到電源Vb上，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器都有一個(gè)電容Cboot來緩沖電壓;

當(dāng)下管S2開通使Vs降低到電源電壓Vcc以下時(shí)，Vcc通過自舉二極管和自舉電阻Rboot對(duì)自舉電容Cboot進(jìn)行充電，在自舉電容兩端產(chǎn)生Vbs懸浮電壓，支持HO相對(duì)Vs的開關(guān)。隨著上管S1開關(guān)，Vs高壓時(shí)自舉二極管處于反偏，Vbs和電源Vcc被隔離開。

自舉電容的選取

當(dāng)下管S2導(dǎo)通，Vs電壓低于電源電壓(Vcc)時(shí)自舉電容(Cboot)每次都被充電。自舉電容僅當(dāng)高端開關(guān)S1導(dǎo)通的時(shí)候放電。自舉電容給高端電路提供電源(VBS)。首先要考慮的參數(shù)是高端開關(guān)處于導(dǎo)通時(shí)，自舉電容的最大電壓降。允許的最大電壓降(Vbs)取決于要保持的最小柵極驅(qū)動(dòng)電壓。如果VGSMIN最小的柵-源極電壓，電容的電壓降必須是:

其中：

Vcc=驅(qū)動(dòng)芯片的電源電壓;

VF=自舉二極管正向壓降;

Vrboot=自舉電阻兩端的壓降;

Vcesat=下管S2的導(dǎo)通壓降

計(jì)算自舉電容為：

其中：

QTOT是電容器的電荷總量。

自舉電容的電荷總量通過等式4計(jì)算：

下表是以IR2106+IKP15N65H5(18A@ 125°C)為例子計(jì)算自舉電容推薦。推薦電容值必須根據(jù)使用的器件和應(yīng)用條件來選擇。如果電容過小，自舉電容在上管開通時(shí)下降紋波過大，降低電容的使用壽命，開關(guān)管損耗變高，開關(guān)可靠性也變低;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。

選擇自舉電阻

自舉電阻的作用主要是防止首次對(duì)自舉電容充電時(shí)電流太大的限流，英飛凌的驅(qū)動(dòng)芯片一般已經(jīng)把自舉二極管和電阻內(nèi)置，不需要額外考慮電阻的選取。這里只是給大家分析原理，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(下管導(dǎo)通時(shí)間)

該電阻值(一般5~15Ω)不能太大，否則會(huì)增加VBS時(shí)間常數(shù)。當(dāng)計(jì)算最大允許的電壓降(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。