PWM技术中的Driver Bootstrap技术

PWM技术，即脉冲宽度调制技术，是一种在工业控制和通信领域中广泛使用的技术，用于控制电机、电源供应和信号传输等。PWM技术的关键之处在于其能通过调整脉冲的宽度来调节输出功率，使负载工作在高效的电能转换下。为了实现PWM信号的高质量转换，常常需要使用专用的集成电路（IC），而在PWM控制电路中，对MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）的驱动至关重要。 在MOSFET驱动应用中，Bootstrap（启动）技术是一项关键的技术，它解决了高侧MOSFET驱动的问题。由于PWM电路通常包括高侧和低侧两个MOSFET晶体管，其中高侧MOSFET的驱动相对复杂，因为其源极不是接在地（GND），而是接在正电源电压（Vcc）上。这就意味着我们不能直接使用常规的驱动电压来控制高侧MOSFET的门极（Gate），因为一般直接驱动电压通常限制在5V左右，而高侧MOSFET的源极电压可能在几十伏特甚至上百伏特。 在此背景下，Bootstrap技术发挥了重要作用。Bootstrap技术依赖于一个Bootstrap电容器（Cboot），该电容用于临时存储电荷，并在高侧MOSFET导通时提供一个高于其源极电压的驱动电压。工作原理如下： 1. 在高侧MOSFET关闭时，Bootstrap电容器通过Bootstrap二极管充电，充至一个与PWM控制器输出相等的电压，例如12V。这个电压被储存并暂时保持在电容器上。 2. 当需要导通高侧MOSFET时，控制器会产生一个PWM信号。因为Bootstrap电容器与高侧MOSFET的源极相连，此时Bootstrap电容器的正极电压是12V，通过电容器对电容器的负极电压进行调制，此时电容器的负极（即高侧MOSFET的门极）可以被驱动到24V（12V+12V）左右，远远超出了5V的直接驱动电压限制。 3. 这样，即使高侧MOSFET的源极电压较高，其门极电压也能达到足以使其完全导通的水平，从而成功驱动高侧MOSFET。因此，通过Bootstrap电容器的作用，高侧MOSFET得以在高电压环境下正常工作。 需要注意的是，Bootstrap电容器必须足够大，以保持足够的时间内为高侧MOSFET的门极提供足够的驱动电压，尤其是在高侧MOSFET导通时，该电容器会通过门极向MOSFET充电，电容器会放电。因此，为了保证系统稳定工作，通常需要选择一个合适的Bootstrap电容值，以及配合Bootstrap二极管和相关的驱动电路设计。 通过上述内容，我们可以看出，Bootstrap技术在PWM控制电路中对于高侧MOSFET的驱动至关重要。它通过利用Bootstrap电容器临时存储电荷和提供额外的驱动电压，使高侧MOSFET能够正常导通，从而确保了PWM控制电路的高效稳定工作。这在电源管理、电机控制以及其他需要精确控制电能的场合中尤为重要。