ZHCADD2 November 2023 LM5113-Q1 , LMG1205 , LMG1210

3 自举过充建模

对自举过充进行建模的一种方法是使用电荷 (Q)。自举电流在充电期间对 Cboot 充电。然后，Cboot 在提供电流以驱动高侧 FET 时放电。当充电和放电平衡相等时，Cboot 达到稳态电压。在图 3-1 中，顶部的图显示了充电和放电期间电压的上升和下降情况。底部的图显示了基于电流的 Qin 和 Qout。

图 3-1 自举过充仿真图

图 3-1 显示了半桥仿真，其中 Cboot 过充接近 2V。在死区时间内，由于负 HS 导致的电压电势增加，自举电流 (Iboot) 会流过 Cboot。在 HS 为 0V 的正常充电期间，Cboot 不会充电，因为 Cboot 两端的电压已经高于 VDD。Cboot 在下一个死区时间内再次充电，但随着负载 (IL) 和 HS 的降低，容量会略小。最后，Cboot 会放电至高侧 FET 的栅极电荷 (Qg) 自举二极管的反向恢复 (Qrr)。

Iboot 的积分随时间推移提供自举电荷 (Qin)。可以计算或测量自举放电 (Qout)。当 Qin 和 Qout 相等时，Cboot 达到稳态电压。如图 3-1 所示，Qin 1 和 Qin 2 的面积等于 Qrr 和 Qg 的面积。

方程式 2 和方程式 3 描述了此行为：

方程式 4.

Q_{i n} = \int_{t}^{t + D T 1} I_{b o o t} (t) d t + \int_{t}^{t + D T 2} I_{b o o t} (t) d t

方程式 3.

I_{b o o t} (t) = \frac{V_{D D} - V_{F} (t) - V_{b o o t} (t) + V_{S D} (t)}{R_{b o o t}}

Qout 主要由用于驱动高侧开关的 Qg、驱动器电路的漏电流、GaN FET 的栅极/源极漏电流以及自举二极管中的反向恢复电流组成。大多数情况下，仅 Qg 就足以估算 Qout，因为 Qg 是最重要的因素。FET 数据表通常包含 Qg 与 Vgs 之间的关系 图，提供了一种估算稳态电压的方法。

方程式 2 和方程式 3 可帮助您了解解决自举过充问题的可用选项。相关信息有时在设计过程的后期才可用，这使得计算 Vf（随 Iboot 变化）等参数变得困难。此外，结果会随负载和温度而变化。仿真提供了一种比计算更直接、更准确的方法来确定自举过充。