驅動電路設計是功率半導體應用中的難點，涉及到功率半導體的動態過程控制及元件的保護，實踐性非常強。為了方便實現可靠的驅動設計，英飛凌的驅動集成電路內建了一些重要的功能，本系列文章將詳細講解如何正確理解和應用這些功能。
驅動電路有兩類，隔離型的驅動電路和電平位移驅動電路，它們對電源的要求不一樣。隔離型的驅動電路需要隔離電源，驅動集成電路一般都支援正負電源，而電平位移驅動電路一般採用非隔離的自舉電源，通常是單極性正電源。
隨著IGBT技術的發展和系統設計的優化，電平位移驅動電路的應用場景越來越廣，電路從600V拓展到了1200V。1200V系列驅動電流可達+/-2.3A，可驅動中功率IGBT，包括Easy系列模組。目標10kW+應用，例如商用HVAC、熱泵、伺服驅動器、工業變頻器、泵和風機。
電平位移驅動電路只能實現功能隔離，所以非隔離的自舉電路是最合適的選擇。
自舉電路
在一些低成本的應用中，特別是針對600V的IGBT和一些小功率的1200V的IGBT，業界總是嘗試將驅動級電源的成本降到最低。因此，自舉電路在這些應用中非常受歡迎。
典型的自舉電路如圖1所示，自舉電路僅需一個15~18V的電源來為逆變器的驅動級供電，所有半橋下橋臂IGBT的驅動器都直接與這個電源相連（見圖1中的VSL引腳）。半橋上橋臂IGBT的驅動器則通過電阻...Rb和二極體VDb連接到電源（VSH引腳）上。每個驅動器的電源引腳上都有一個電容。C1和C2)來進行濾波。電容器C2僅用於對下橋臂驅動器進行濾波並提供瞬態電流。
圖1.自舉電路
然而，上端電容器C1還有另外的任務。電路啟動時，電容器未充電或僅部分充電。但是當底部的IGBT VT...2導通後，電流通過Rb和VDb為C1充電且基本達到電源電壓的水平。當然這個電壓需要減去二極管VD。b的正向電壓，電阻Rb的壓降和底部IGBT VT2的導通壓降。當下橋臂IGBT VT2關斷時，電容器C1接地電位上升，可以滿足上端驅動級所需要的電壓，所以該電容也被稱作自舉電容。一旦VT1開通，電壓發生變化，自舉二極管VDb要承受直流母線電壓。
為了驅動VT1，電容器C1相應地放電。隨著接下來的IGBT VT2的導通，C1流失的電荷得到補充，這樣能循環運作。
自舉電路設計非常巧妙，簡單好用，但要能正常運作，需要注意一系列問題：
系統啟動時，必須確保先啟動半橋的下橋臂IGBT，這樣自舉電容才能被充電到上橋臂所需的驅動電壓的額定值。否則可能會導致無法控制的開關狀態和/或錯誤的產生。
自舉電容器C1容量必須足夠大，這樣才能在一個完整的工作循環內滿足上部驅動器的能量需求。
自舉電容器的電壓不能低於最小值，否則就會出現低壓閉鎖保護。
最初給自舉電容器充電時，可能會出現很大的峰值電流。這可能會干擾其他電路。因此建議使用一個小電阻。Rb來限制電流。
一方面，自舉二極管必須要快，因為它的工作頻率和IGBT是一樣的，通常會使用超快恢復二極管。如果功率元件是SiC MOS的話，這個二極管可能需要使用SiC二極管；另一方面，它必須具有足夠大的耐壓能力，至少要和IGBT的阻斷電壓一樣高。這就意味著，600V/1200V的IGBT，必須選擇600V/1200V的自舉二極管。在選擇二極管時，除了考慮其額定電壓和開關頻率外，二極管的封裝還必須保證足夠大的電氣間隙和爬電距離。
當選擇驅動電源電壓時，需要考慮自舉電路的損耗，必須考慮驅動器內部的電壓降以及自舉二極管VD。b和電阻Rb的壓降，還必須減去下橋臂IGBT VT2的飽和電壓。最終的自舉電壓必須確保上管IGBT閘極電壓不能過低，以免導致開通損耗增加（因為電壓UCEsat增加）。
上下驅動器的供電電壓都是U供應然而，上橋臂驅動器的供電電壓需要減去前文提到的電壓，這樣會導致上橋臂的IGBT VT1驅動電壓總是要比下橋臂VT2要低，是在不同的正向柵極電壓下開通的。因此，電壓U供應選取應當保證VT1有足夠的柵極電壓，並且同時VT2的閘極電壓也不會變得太高。
對於自舉電容器，應該選用低等效串聯電阻（ESR）和低等效串聯電感（ESL）的電容器（例如陶瓷電容），這樣可以有效提供驅動所需的脈衝電流。根據需求和應用環境，也可以選擇高容量的電容（例如電解電容）與這些電容並聯使用。相比陶瓷電容，電解電容具有更高的ESR和ESL值，因此建議並聯陶瓷電容。通常，這一設計原則也適用於下橋臂驅動器的緩衝電容。C2。
用自舉電路來提供負電壓的做法是不常見的，如此一來，就必須注意IGBT的寄生導通了。密勒夾位可以防止寄生導通，參考《驅動電路設計（三）---驅動器的功能---電源》)。
最後需要注意的是，IGBT開關產生的dv/dt會通過自舉二極體VDb的結電容會產生共模電流，因此選擇合適的高壓二極體是至關重要的。英飛凌的一些電平位移驅動電路晶片將高壓自舉二極體集成在晶片內，設計時應注意最大dv/dt不能超出最大承受能力。另外，二極體VDb與其串聯電阻Rb共同決定充電電流，當開關頻率為fSW時，可以計算最大Cb。
可以用下面的公式估算自舉電容的值，即：
式中：
問G為IGBT的閘極電荷
我q為相關驅動器的靜態電流
我洩漏為自舉電容的漏電流（僅與電解電容有關）
fSW為IGBT的開關頻率
UCC為驅動電源電壓
UF為自舉二極體的正向電壓
UCEsat為下橋臂IGBT的飽和電壓
S為餘量係數
在計算這個電容時，應該選用一個足夠大的餘量因數S使得選擇的電容在開啟IGBT時，電壓降小於5%。S的值通常大於10。
自舉電路具有簡單、成本低的優點。而且有許多實際案例可以參考，但由於系統往往存在特殊或極端的工作條件，例如設計不當，調制頻率或占空比不足以刷新自舉電容器上的電荷，導致電容上的電壓不足，低於低電壓關閉值UVLO，這時候就會出現系統故障，嚴重時可能會損壞系統。
下一篇文章將詳細介紹自舉電路的設計，並討論設計中的一些問題，以幫助理解自舉電路。
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參考資料
1.《IGBT模組：技術、驅動和應用》機械工業出版社
2. 微信文章：自舉電路的工作原理以及自舉電阻和電容的選擇
3.微信文章：新品 | 帶有集成自舉二極體和OCP的1200V半橋柵極驅動器2ED132xS12x系列
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