在前一篇文章中，我們介紹了「低側驅動」與「高側驅動」 MOSFET 基本驅動拓撲。然而，隨著功率器件朝向更高開關速度與更高效率演進，傳統的低邊／高邊驅動方式在性能與可靠性上可能逐漸無法滿足需求。
在此情況下，**推挽式（Push-Pull）與自舉式（Bootstrap）**等進階驅動拓撲提供了更佳的解決方案，並帶來多項應用優勢。
本文將著重於兩種重要的驅動配置：推挽式驅動與自舉式驅動，探討其工作原理、優點、設計考量與實際應用。
1. 推挽式驅動（Push-Pull Drive）
推挽式驅動由兩顆 MOSFET 或雙極性電晶體（BJT）組成互補輸出對，以交替方式將閘極電壓拉高或拉低。
適用於：
優點
- 高速切換（快速充放電 MOSFET 閘極電容）
- 強驅動能力（>2A）
- 降低交越損耗
限制
- 需要良好死區時間（dead time）控制以避免直通電流
- 成本略高、控制稍複雜
設計考量
1. 防止直通（Shoot-through）
推挽驅動的上下管必須交替導通，若死區時間不足會造成上下管同時導通，形成短路。
2. 切換速度控制
切換速度過快會導致 EMI 及震盪，可透過調整閘極電阻來降低開關速度，改善 EMI。
3. 適當的驅動電流
依 MOSFET 的閘電荷與切換速度需求選擇合適的驅動電流，確保驅動器能快速充放電閘極。
4. PCB 佈局
減少驅動通道中的寄生電感與寄生電容，以維持訊號完整度並降低 EMI。
技術小提示
半橋驅動器通常內建避免直通電路，但實務上仍需加入額外死區。可透過微控制器 PWM 訊號的限制來達成。
此外，須控制 PWM 的占空比，確保自舉電容有充電時間。
實例：基於電晶體的推挽式低側驅動電路
在此範例中，使用如 8050、8550 或 B772、D882 等雙極電晶體作為推挽輸出。測試電源為 DC 12V，無需額外驅動電壓。若負載電壓高於控制電壓，必須降低驅動電壓以符合 MOSFET 的 Vgs 限制。
推薦 IC：
2. 自舉式驅動（Bootstrap Drive）
自舉式驅動利用電容在低邊導通期間儲存電壓，並在高邊需要導通時提供抬升後的 Vgs 來驅動 N-MOSFET。
適用於：
- 半橋、全橋（逆變器、馬達驅動）
- 需要高邊 N-MOSFET 驅動的應用
優點
- 高效率（高邊使用 N-MOSFET，Rds(on) 更低）
- 緊湊、成本低
限制
- 無法保持高邊長時間導通
- 需要低邊週期性導通充電自舉電容
- PWM 占空比受限（需預留充電時間）
設計考量
1. 自舉電容選擇（C_boot）
電容應至少為高邊 MOSFET 閘極電容的 10 倍，並使用 MLCC，以降低 ESR、ESL，減少電壓波動並提升可靠性。
2. 自舉二極體選擇
選用 肖特基二極體（Schottky），具低壓降與快速恢復特性，可降低損耗並提升切換速度。
3. 自舉電阻（R_boot）
加入 R_boot 限制啟動時突波電流，保護二極體。需平衡充電速度與限流效果。
4. PCB 佈局
將自舉電容與二極體靠近驅動 IC 以降低寄生電感、電阻，縮小高電流迴路以減少 EMI 與壓降。
5. 高側導通時間限制
自舉拓撲不適合長時間高邊導通，否則電容電壓會下降。若是低頻或靜態應用，需使用隔離式驅動。
實例：基於自舉的高邊驅動電路
此例為簡化的高邊 MOSFET 驅動電路，可用於有刷／無刷馬達 H 桥或三相驅動中。
自舉電容 C1 由光耦輸出電晶體提供能量；NPN 電晶體將閘極拉升至自舉電壓，關斷時則由 R2 及 R4 放電。
推薦 IC：
- Infineon 的 EiceDRIVER 系列
驅動拓撲比較表
| 驅動拓撲 | 適用情境 | 優點 | 缺點 | 常見 IC |
|---|---|---|---|---|
| 推挽式 | 高頻切換、數位電路 | 大電流、高速切換 | 需要精準死區控制 | Microchip TC4420、TC4429 |
| 自舉式 | 半橋／全橋、高邊驅動 | 無需隔離電源、低成本 | 高邊導通受限、自舉電容要正確選型 | TI 的 UCC27710、Infineon 的 EiceDRIVER 系列 |
結論
推挽式與自舉式驅動拓撲提供了高速、高效率的 MOSFET 開關驅動方式。
- 推挽式：
適用於高速控制與強驅動需求，具備快速充放電能力。 - 自舉式：
適合高側 N-MOSFET 驅動，無需額外隔離電源，簡潔成本低。
兩者各有優缺點，了解其適用場景與設計要求，才能設計出可靠的功率電路。
在下一篇文章中，我們將探討 光耦隔離驅動與橋式驅動，適用於高電壓及更複雜的馬達控制系統。
適用的零件編號
| DigiKey 零件編號 | 製造商零件編號 |
|---|---|
| TC4420COA713TR-ND,TC4420COA713CT-ND,TC4420COA713DKR-ND | TC4420COA713 |
| TC4420EOA-ND | TC4420EOA |
| TC4420COA-ND | TC4420COA |
| TC4420EPA-ND | TC4420EPA |
| TC4420VPA-ND | TC4420VPA |
| TC4420CPA-ND | TC4420CPA |
| TC4420CAT-ND | TC4420CAT |
| TC4420VOA713TR-ND,TC4420VOA713CT-ND,TC4420VOA713DKR-ND | TC4420VOA713 |
| TC4420VOA-ND | TC4420VOA |
| TC4420EOA713TR-ND,TC4420EOA713CT-ND,TC4420EOA713DKR-ND | TC4420EOA713 |
| TC4420MJA-ND | TC4420MJA |
| TC4420IJA-ND | TC4420IJA |
| TC4420EMF713-ND | TC4420EMF713 |
| TC4420EMF-ND | TC4420EMF |
| TC4420VMF-ND | TC4420VMF |
| TC4420VMF713-ND | TC4420VMF713 |
| TC4420VAT-ND | TC4420VAT |
| TC4429EOA-ND | TC4429EOA |
| TC4429CPA-ND | TC4429CPA |
| TC4429COA713TR-ND,TC4429COA713CT-ND,TC4429COA713DKR-ND | TC4429COA713 |
| TC4429VOA-ND | TC4429VOA |
| TC4429COA-ND | TC4429COA |
| TC4429EPA-ND | TC4429EPA |
| TC4429CAT-ND | TC4429CAT |
| TC4429VMF-ND | TC4429VMF |
| TC4429VPA-ND | TC4429VPA |
| TC4429EMF-ND | TC4429EMF |
| TC4429EMF713-ND | TC4429EMF713 |
| TC4429VMF713-ND | TC4429VMF713 |
| TC4429EOA713-ND | TC4429EOA713 |
| TC4429VOA713-ND | TC4429VOA713 |
| TC4429VAT-ND | TC4429VAT |
| TC4429MJA-ND | TC4429MJA |
| TC4429IJA-ND | TC4429IJA |
| 296-52844-2-ND,296-52844-1-ND,296-52844-6-ND | UCC27710DR |
| 296-47513-ND | UCC27710D |
| 1EDN8511BXUSA1TR-ND,1EDN8511BXUSA1CT-ND,1EDN8511BXUSA1DKR-ND | 1EDN8511BXUSA1 |
| 2EDN7524FXTMA1TR-ND,2EDN7524FXTMA1CT-ND,2EDN7524FXTMA1DKR-ND | 2EDN7524FXTMA1 |
| 2EDN7524GXTMA1TR-ND,2EDN7524GXTMA1CT-ND,2EDN7524GXTMA1DKR-ND | 2EDN7524GXTMA1 |
| 2EDL05N06PFXUMA1TR-ND,2EDL05N06PFXUMA1CT-ND,2EDL05N06PFXUMA1DKR-ND | 2EDL05N06PFXUMA1 |
| 448-2EDL8024GXUMA1TR-ND,448-2EDL8024GXUMA1CT-ND,448-2EDL8024GXUMA1DKR-ND | 2EDL8024GXUMA1 |
| 448-2EDF7275FXUMA2TR-ND,448-2EDF7275FXUMA2CT-ND,448-2EDF7275FXUMA2DKR-ND | 2EDF7275FXUMA2 |
| 448-2ED2410EMXUMA1TR-ND,448-2ED2410EMXUMA1CT-ND,448-2ED2410EMXUMA1DKR-ND | 2ED2410EMXUMA1 |
| 2ED020I12F2XUMA1TR-ND,2ED020I12F2XUMA1CT-ND,2ED020I12F2XUMA1DKR-ND | 2ED020I12F2XUMA1 |
| 448-2EDN7534FXTMA1TR-ND,448-2EDN7534FXTMA1CT-ND,448-2EDN7534FXTMA1DKR-ND | 2EDN7534FXTMA1 |
| 448-2EDN8534FXTMA1TR-ND,448-2EDN8534FXTMA1CT-ND,448-2EDN8534FXTMA1DKR-ND | 2EDN8534FXTMA1 |
| 1EDN7511BXUSA1TR-ND,1EDN7511BXUSA1CT-ND,1EDN7511BXUSA1DKR-ND | 1EDN7511BXUSA1 |
| 1EDN7550BXTSA1TR-ND,1EDN7550BXTSA1CT-ND,1EDN7550BXTSA1DKR-ND | 1EDN7550BXTSA1 |
| 1EDN8550BXTSA1TR-ND,1EDN8550BXTSA1CT-ND,1EDN8550BXTSA1DKR-ND | 1EDN8550BXTSA1 |
| 1EDN7512GXTMA1TR-ND,1EDN7512GXTMA1CT-ND,1EDN7512GXTMA1DKR-ND | 1EDN7512GXTMA1 |
| 448-1EDN9550BXTSA1TR-ND,448-1EDN9550BXTSA1CT-ND,448-1EDN9550BXTSA1DKR-ND | 1EDN9550BXTSA1 |
| 2EDN8524FXTMA1TR-ND,2EDN8524FXTMA1CT-ND,2EDN8524FXTMA1DKR-ND | 2EDN8524FXTMA1 |
| 448-2EDN7524RXTMA1TR-ND,448-2EDN7524RXTMA1CT-ND,448-2EDN7524RXTMA1DKR-ND | 2EDN7524RXTMA1 |
| 448-2EDN7534BXTSA1TR-ND,448-2EDN7534BXTSA1CT-ND,448-2EDN7534BXTSA1DKR-ND | 2EDN7534BXTSA1 |
| 448-1EDL8011XUMA1TR-ND,448-1EDL8011XUMA1CT-ND,448-1EDL8011XUMA1DKR-ND | 1EDL8011XUMA1 |
| 2EDL05I06PJXUMA1TR-ND,2EDL05I06PJXUMA1CT-ND,2EDL05I06PJXUMA1DKR-ND | 2EDL05I06PJXUMA1 |
| 2EDL23N06PJXUMA1TR-ND,2EDL23N06PJXUMA1CT-ND,2EDL23N06PJXUMA1DKR-ND | 2EDL23N06PJXUMA1 |
| 448-2EDS7165HXUMA1TR-ND,448-2EDS7165HXUMA1CT-ND,448-2EDS7165HXUMA1DKR-ND | 2EDS7165HXUMA1 |
| 448-2EDF8275FXUMA1TR-ND,448-2EDF8275FXUMA1CT-ND,448-2EDF8275FXUMA1DKR-ND | 2EDF8275FXUMA1 |
| 2EDF7275KXUMA1TR-ND,2EDF7275KXUMA1CT-ND,2EDF7275KXUMA1DKR-ND | 2EDF7275KXUMA1 |
| 448-2EDF7275KXUMA2TR-ND,448-2EDF7275KXUMA2CT-ND,448-2EDF7275KXUMA2DKR-ND | 2EDF7275KXUMA2 |
| 448-2EDF9275FXUMA1TR-ND,448-2EDF9275FXUMA1CT-ND,448-2EDF9275FXUMA1DKR-ND | 2EDF9275FXUMA1 |
| 6EDL04N02PRXUMA1TR-ND,6EDL04N02PRXUMA1CT-ND,6EDL04N02PRXUMA1DKR-ND | 6EDL04N02PRXUMA1 |
| 448-2EDS8265HXUMA2TR-ND,448-2EDS8265HXUMA2CT-ND,448-2EDS8265HXUMA2DKR-ND | 2EDS8265HXUMA2 |
| 448-1EDN7550UXTSA1TR-ND,448-1EDN7550UXTSA1CT-ND,448-1EDN7550UXTSA1DKR-ND | 1EDN7550UXTSA1 |
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| 448-2EDN7533RXTMA1TR-ND,448-2EDN7533RXTMA1CT-ND,448-2EDN7533RXTMA1DKR-ND | 2EDN7533RXTMA1 |
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| 448-2EDN7534RXTMA1TR-ND,448-2EDN7534RXTMA1CT-ND,448-2EDN7534RXTMA1DKR-ND | 2EDN7534RXTMA1 |
| 2EDN7424FXTMA1TR-ND,2EDN7424FXTMA1CT-ND,2EDN7424FXTMA1DKR-ND | 2EDN7424FXTMA1 |
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| 448-2EDN8524RXTMA1TR-ND,448-2EDN8524RXTMA1CT-ND,448-2EDN8524RXTMA1DKR-ND | 2EDN8524RXTMA1 |
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| 448-2EDS9265HXUMA1TR-ND,448-2EDS9265HXUMA1CT-ND,448-2EDS9265HXUMA1DKR-ND | 2EDS9265HXUMA1 |
| 448-2EDF7175FXUMA2TR-ND,448-2EDF7175FXUMA2CT-ND,448-2EDF7175FXUMA2DKR-ND | 2EDF7175FXUMA2 |
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| 448-2EDN8524GXTMA1TR-ND,448-2EDN8524GXTMA1CT-ND,448-2EDN8524GXTMA1DKR-ND | 2EDN8524GXTMA1 |
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| 1EBN1001AEXUMA1TR-ND,1EBN1001AEXUMA1CT-ND,1EBN1001AEXUMA1DKR-ND | 1EBN1001AEXUMA1 |
| 448-2EDL8033F5BXUMA1TR-ND,448-2EDL8033F5BXUMA1CT-ND,448-2EDL8033F5BXUMA1DKR-ND | 2EDL8033F5BXUMA1 |
| 448-2EDL8034F5BXUMA1TR-ND,448-2EDL8034F5BXUMA1CT-ND,448-2EDL8034F5BXUMA1DKR-ND | 2EDL8034F5BXUMA1 |
| 448-2EDL5023U2DXTMA1TR-ND,448-2EDL5023U2DXTMA1CT-ND,448-2EDL5023U2DXTMA1DKR-ND | 2EDL5023U2DXTMA1 |
| 448-2EDL5013U2DXTMA1TR-ND,448-2EDL5013U2DXTMA1CT-ND,448-2EDL5013U2DXTMA1DKR-ND | 2EDL5013U2DXTMA1 |
| 2EDN8524RXUMA1TR-ND,2156-2EDN8524RXUMA1-ND | 2EDN8524RXUMA1 |
| 448-1EDN7126GXTMA1TR-ND,448-1EDN7126GXTMA1CT-ND,448-1EDN7126GXTMA1DKR-ND | 1EDN7126GXTMA1 |
| 2EDN8523FXTMA1TR-ND,2EDN8523FXTMA1CT-ND,2EDN8523FXTMA1DKR-ND,2156-2EDN8523FXTMA1-ND | 2EDN8523FXTMA1 |
| 2EDN7523RXUMA1TR-ND,2EDN7523RXUMA1CT-ND,2EDN7523RXUMA1DKR-ND,2156-2EDN7523RXUMA1-ND | 2EDN7523RXUMA1 |
| 2EDN8523RXUMA1TR-ND,2EDN8523RXUMA1CT-ND,2EDN8523RXUMA1DKR-ND,2156-2EDN8523RXUMA1-ND | 2EDN8523RXUMA1 |
| 448-2EDL8114GXUMA1TR-ND,2156-2EDL8114GXUMA1-ND | 2EDL8114GXUMA1 |
| 448-2EDS8265HXUMA3TR-ND,448-2EDS8265HXUMA3CT-ND,448-2EDS8265HXUMA3DKR-ND | 2EDS8265HXUMA3 |
| 2EDF7235KXUMA1TR-ND,2EDF7235KXUMA1CT-ND | 2EDF7235KXUMA1 |
| 448-1EDN6550BXTSA1TR-ND,448-1EDN6550BXTSA1CT-ND,448-1EDN6550BXTSA1DKR-ND | 1EDN6550BXTSA1 |
| 448-2EDN7533FXTMA1TR-ND,448-2EDN7533FXTMA1CT-ND,448-2EDN7533FXTMA1DKR-ND | 2EDN7533FXTMA1 |
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