自舉升壓驅(qū)動(dòng)芯片在MOS/IGBT的驅(qū)動(dòng)中應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，自舉升壓作為產(chǎn)生浮地電源的普遍方法，應(yīng)用起來(lái)十分便捷，行之有效。

自舉升壓驅(qū)動(dòng)芯片將自舉升壓電源和大電流門(mén)極驅(qū)動(dòng)集成在同一個(gè)芯片，通過(guò)一個(gè)低壓供電的驅(qū)動(dòng)芯片同時(shí)驅(qū)動(dòng)半橋上的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，高邊開(kāi)關(guān)管可以處于高達(dá)1200V的漏極電壓下。芯片內(nèi)部需要有隔離或電平移相電路將低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳遞到高邊開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路。

自舉升壓驅(qū)動(dòng)芯片的誕生是針對(duì)半橋功率電路，但由于自舉升壓方法的便捷性與靈活性，這一類(lèi)芯片也可以應(yīng)用于其他方面。本文介紹一種使用自舉升壓芯片在15V供電電壓下產(chǎn)生30V45V乃至更高電壓方波的方法，其實(shí)就是一個(gè)電壓加倍的方法。

上圖用于分析自舉升壓驅(qū)動(dòng)的基本原理，在此前一篇分析自舉電源機(jī)理的文章中已經(jīng)做過(guò)一些分析，此處再次進(jìn)行說(shuō)明。首先假設(shè)下管Q2開(kāi)通，上管Q1關(guān)斷，自舉電源的地FGND通過(guò)Q2與母線地GND連接在一起，15V電源通過(guò)二極管D1向電容C1充電，電容C1上得到了將近15V的電壓。當(dāng)Q1開(kāi)通Q2關(guān)斷時(shí)，自舉電源地FGND與母線電壓VBUS短接，自舉電源F15V已經(jīng)比母線電壓VBUS高15V了，此時(shí)就可以使用自舉產(chǎn)生的電壓驅(qū)動(dòng)Q1。

其實(shí)這段分析中出現(xiàn)了一個(gè)悖論，分析中首先假設(shè)Q1開(kāi)通，然后才獲得了高于母線的驅(qū)動(dòng)電壓，然而在尚未獲得高于母線的自舉電壓前，是如何使Q1開(kāi)通的的呢?其實(shí)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，這個(gè)自舉電壓是隨著橋臂中點(diǎn)電壓逐漸升到母線電壓的。它只需要確保Q1的Vgs是15V就可以了，Q1的源極是在Q2關(guān)斷后逐漸上升到母線電壓，這一過(guò)程根據(jù)不同的負(fù)載類(lèi)型會(huì)有所區(qū)別。例如圖中的感性負(fù)載，由于電感的續(xù)流，在Q2關(guān)斷后，Q1開(kāi)通前，電感電流流過(guò)Q1的體二極管，體二極管導(dǎo)通后Q1的源極就已經(jīng)和母線電壓幾乎相等了。如果是純阻性或容性負(fù)載，需要等到Q1門(mén)極與源極間獲得15V驅(qū)動(dòng)電壓，Q1導(dǎo)通并向負(fù)載電容上充電，致使橋臂中點(diǎn)電壓上升至VBUS。

根據(jù)以上講解，其實(shí)自舉升壓就是將一個(gè)電容充好電，然后用一個(gè)可以跳動(dòng)的電壓將電容的負(fù)壓端舉高高，那么正壓端就會(huì)獲得一個(gè)更高的電壓。如果我們用下管的驅(qū)動(dòng)作為這個(gè)跳動(dòng)的電壓，通過(guò)上管的自舉升壓，就可以在上管驅(qū)動(dòng)電壓端口獲得一個(gè)相對(duì)于地的二倍電壓。

上圖給出了一個(gè)使用自舉升壓芯片驅(qū)動(dòng)MOS半橋的典型電路，通過(guò)二極管D與電容C獲得自舉電源，自舉電源的VCC和GND分別對(duì)應(yīng)芯片的VB和VS，HO與LO是高邊和低邊MOS的門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，HIN和LIN是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入。圖中的驅(qū)動(dòng)芯片型號(hào)為IR2101，是國(guó)際整流器公司(IR)比較老的產(chǎn)品，目前國(guó)際整流器公司已經(jīng)被英飛凌收購(gòu)，同類(lèi)的芯片在英飛凌和德州儀器均有大量可替代型號(hào)。

上圖中去掉MOS，我們將自舉電源的地VS直接與低邊驅(qū)動(dòng)信號(hào)VO連接在一起，將兩個(gè)輸入信號(hào)短接，共用同一個(gè)方波信號(hào)。

得到如圖的連接結(jié)構(gòu)。此時(shí)如果給Vin輸入一個(gè)方波，即可在Vout得到一個(gè)幅值為30V的方波。當(dāng)輸入為0時(shí)，LO輸出低電平，HO也輸出低電平，HO的自舉電源地與LO相連，因此低電平就是0V。當(dāng)輸入為1時(shí)，LO輸出15V，HO輸出相對(duì)于自舉電源地的15V，因此HO相對(duì)于地的電壓為30V。

其實(shí)這還沒(méi)有結(jié)束，如果想獲得更高的電壓，可以增加相同的芯片，將第二片芯片的自舉電壓地也就是VS連接到第一片芯片的HO上，就可以在第二片芯片的HO上獲得45V方波。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程并沒(méi)有考慮二極管的壓降。

關(guān)于自舉升壓芯片的選型，要注意芯片是否支持LO與HO同時(shí)輸出高電平，因?yàn)樵诎霕驊?yīng)用中，通常需要避免上下管同時(shí)導(dǎo)通，因此部分芯片在內(nèi)部做了邏輯限制直通，需要通過(guò)閱讀規(guī)格書(shū)判斷是否存在這個(gè)問(wèn)題。

關(guān)于高幅值方波的應(yīng)用，本文舉個(gè)例子，例如超聲波發(fā)射模塊的驅(qū)動(dòng)。超聲波模塊的發(fā)射功率隨著驅(qū)動(dòng)電壓的增大而增大，在超聲波測(cè)距的應(yīng)用中，如果想提高測(cè)量距離的范圍，一個(gè)方法是通過(guò)提高發(fā)射端驅(qū)動(dòng)電壓，另一個(gè)方法是提高接收端放大電路的增益和信噪比。

如果峰峰值30V的驅(qū)動(dòng)電壓你還覺(jué)得不夠，那么還可以使用兩個(gè)相同的自舉升壓電路，通入極性相反的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，如上圖所示。通過(guò)調(diào)整驅(qū)動(dòng)回路的電容和電阻，可以獲得60V的峰峰值，如果將電阻換為電感，說(shuō)不定效果更好。