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一般的逆變器、開關電源、電機驅動等應用中都需要2個以上mosfet或者IGBT構成橋式連接，其中靠近電源端的（比如圖中紅色部分）通常被稱為高壓側或上臂、靠近地端的通常被稱為低壓側或下臂（比如圖中藍色部分），高低只是針對兩者所處位置不同，電壓值不一樣來區分的。

如果用驅動單個mosfet的方法去驅動高壓側的功率管，當需要關斷下臂的時候，那么基本上臂是無法導通的，所以上臂和下臂的驅動電壓值是不一樣的，上臂要略高于下臂。

傳統的方法一般是多路電源驅動或者搭建自舉升壓電路。但是都存在器件過多，可靠性低的問題，而且器件多了以后在高頻應用中分布參數、布線、電磁干擾都是問題。

就像我之前討論了典型電源系統中的隔離要求和兩種流行的柵極驅動器實現方法：柵極驅動變壓器和高/低側柵極驅動器，高邊/低邊驅動器。

例如 600V UCC27714，可以節省超過 50% 的 PCB 布局面積和更多的元件體積。

在這篇文章中，我將討論這兩種方法的實際實現的更多細節，包括它們的優缺點。

圖 1 顯示了用于半橋 MOSFET 配置的柵極驅動變壓器的實際實現。半橋拓撲廣泛用于電源轉換器和電機驅動器中。這在很大程度上是因為半橋可通過總線電壓，為脈寬調制(PWM)信號提供高效同步控制。然而，在控制器和功率器件之間通常需要使用柵極驅動器，以獲得更短的開關時間并出于安全性和/或功能性目的提供隔離。對于總線電壓高于功率開關的柵極到源極電壓最大限值的系統，必須采用不同于系統總線的電壓驅動柵極。

對于功率較高的系統而言，功率開關器件占了BOM成本的很大一部分，且N型器件的導通電阻一般比尺寸和成本都相同的P型器件更低1。此外，若在半橋配置的單個引腳上使用兩個相同的開關，則圍繞時序要求而展開的設計(比如非交疊和死區時間)便可得到簡化。由于這些原因，半橋配置通常由兩個N型器件組成，這兩個器件可以是NPNBJT、NMOS器件或N型IGBT。為簡便起見，本文中的半橋配置采用兩個NMOS器件，每引腳使用一個器件；這一概念同樣適用于IGBT。為了使用BJT器件，設計時必須考慮到恒定的基極電流。

為了在 MOSFET 上獲得干凈、穩定的柵極驅動信號，需要額外的組件，這些附加組件是：

· C B：用于防止柵極驅動變壓器飽和的隔直電容。

· D 1，D 2：防止對稱負電壓偏壓，節省柵極驅動損耗。

· Q 1 , Q 2 : 低壓 P-MOS 或 PNP 晶體管，以提高柵極驅動關斷性能。

· Z 1 , Z 2：齊納二極管，有助于保護功率 MOSFET 的柵極/源極免受過壓。

圖 1：考慮寄生效應的柵極驅動變壓器的實際實現

顯然，額外的組件肯定會增加柵極驅動變壓器設計的復雜性。漏感也會損害柵極驅動變壓器的性能，包括降低峰值柵極驅動電流和較大的過沖（由漏感和 MOSFET 結電容引起）。實際上，增加峰值驅動電流需要增加磁芯尺寸和繞組線厚度以促進更高的驅動速度；然而，相應的影響將是更高的過沖，因為漏感存儲了更高的能量。柵極驅動變壓器的雙線繞組有助于減少漏感；然而，代價是增加了初級到次級繞組的耦合漏電容 C IO。首先是限制共模瞬態抗擾度 (CMTI) 性能的主要寄生參數之一（有關解釋，請參閱我的博客文章“ 48V 系統：有效且穩健地驅動功率 MOSFET ”）。綜上所述，考慮到上述因素，確實很難做出更好的權衡。

圖 2 顯示了帶數字隔離器的高側和低側柵極驅動器解決方案的實際實現。與我上一篇文章中的圖 2b相比，我只添加了幾個主要組件：R Boot和一個 5V LDO，用于在 10 至 20V 的 V Bias和需要 3 至 5V 的隔離器次級側之間提供電源接口低電壓/電源。

因為與柵極驅動變壓器相比，沒有與變壓器漏感相關的問題，您可以在柵極驅動電流、過沖、CMTI 等之間實現更好的權衡。

圖 2：高邊和低邊柵極驅動器的實際實現

表 1 比較了這兩種方法。從輔助元件更少、寄生電感/C IO小、過沖和 PCB 尺寸更小以及靈活的峰值柵極驅動電流的角度來看，高/低側柵極驅動器確實“勝出” 。關于隔離偏置電源，正如我之前提到的，高端/低端柵極驅動器可以利用現有的離線隔離電源子系統。

表 1：柵極驅動變壓器與高端/低端柵極驅動器的比較