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，實用性非常強。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。
自舉電路在電平位移驅動電路中的應用非常廣泛，電路設計非常簡單，成本低廉，而且有許多實際案例可以參考。不過，由於系統中往往存在特殊或極端的工況，例如設計不當導致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，低於欠壓保護值UVLO，這時候就可能出現系統故障，嚴重時甚至會損壞系統。因此，英飛凌在相關的數據手冊和應用指南中提供了詳細的設計指導和工況分析，內容涵蓋了電壓紋波、啟動過程的階躍響應，以及三相空間矢量（或三相正弦波+三次諧波）調制的情況分析。
自舉電路原理
在研究半橋拓撲中使用的自舉電路元件取值大小細節之前，需要複習前兩篇提到的一些基礎知識，為此我們再放一張簡化等效電路圖，有助於分析並加深理解（見圖1）。
圖1. 自舉電路的等效電路
自舉等效電路簡化了VBS即自舉電容器Cboot上的電壓特性作為模擬調制開關S1開關狀態函數的計算，也簡化其與占空比（D=占空比=T（on）/T≡1-D）、柵極電荷QG漏電流Ileak以及自舉電阻Rboot和自舉電容Cboot的計算。
VBSMAX代表電源電壓，加上或減去自舉電路的靜態電壓降。
自舉電壓紋波和平均值
研究自舉電路動態過程的最佳方法是模擬，以下舉一個數值案例進行一些分析：
設計條件
QG=40nC, f=1/TS=20kHz
Ileak=200μA, Rboot=220Ώ
圖2顯示了不同自舉電容在10%的占空比時的效果，不難發現電容值的大小只影響V。紋波（平均值保持不變）。而圖3所示為Cboot等於47nF和1µF（預充電到VBSMAX=15V），占空比等於DMIN=10%或30%時的模擬結果。
綠色和黃色曲線表示47nF自舉電容器的VBS紫色和紅色曲線表示使用1µF自舉電容器的V。
圖2. 紋波與自舉電容
自舉電路的時間常數
自舉建立過程是建立在下管導通期間，這時候半橋電路已經開始工作了，但上管平均自舉電壓的建立是需要一個過程，圖3顯示了系統在自舉電容器完全充電至15V（D=100%）時的階躍響應。從圖中可以看出，平均自舉電壓VBS其行為類似於單階系統，其時間常數可由以下公式計算得出。
透過占空比與系統階躍響應之間的關係，我們可以了解到，占空比越小，時間常數(τ)越大，因此響應越慢，建立平均電壓的時間越長，例如紅色曲線而占空比越高，響應越快，達到平均電壓的時間越短，例如粉紅曲線。
從上面的公式還可以看出，達到平均電壓的時間與電容大小也有關，電容小則時間短，可以比較。粉紅色和綠色平均電壓建立過程曲線。
圖3. 開關的占空比與自舉電容
圖4中顯示了兩種占空比：
看到占空比是10%時，時間常數是2.2ms，當占空比提高到30%時，時間常數只有733μs。
根據上一篇文章的穩態討論結論：
QTOT=QG+Ileak*TOFF=QG+Ileak*(1-D)*TS，
問TOT在低佔空比時會增加。在這種情況下，就需要採用較大的自舉電容器，以控制紋波並增加平均電壓的時間常數。
自舉電壓與基波的關係
由於存在自舉電阻和電容，可以認為它是一種占空比變化的自適應濾波器。以正弦調制加上三次諧波注入為例，在模擬中，一個基於正弦波基波加上三次諧波調制的PWM信號被送入電路中。S=50µs，頻率=fe）。
圖4顯示了不同輸出頻率下的預期（計算值）VBS占空比用角度表示（等於2πfe，其中fe作為輸出頻率的函數（正弦+三次諧波），該角度從0°到360°。
圖4. 不同輸出頻率下的VBS
系統的不同輸出頻率也會影響自舉電壓值，也就是說，不同的fe得到的VBS電壓，基波頻率低，自舉電壓紋波就大。黃色曲線VBS(DC)代表使用前面提到的靜態方程時得到的曲線，是最最嚴苛的工況。
本文的例子是使用三相空間向量（或三相正弦波+3次諧波）調制的情況。其他類型的調制時的工作狀況需要另外分析。
結論：
自舉電源的電壓會比驅動電路的供電電源電壓VCC要低，其電壓降取決於自舉電阻的壓降和自舉電容上的紋波；
自舉平均電壓建立的時間常數由占空比、自舉電容和電阻決定；
自舉電容器較大，VBS紋波小（平均值保持不變）；
輸出基波頻率低，自舉紋波大，靜態計算結果嚴苛；
系列文章
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
4. AN-1123 引導網路分析：聚焦於整合的引導功能
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