电源基础知识——《半导体开关器件》

半导体开关器件

半导体开关器件是开关电源的核心器件。它是实现电源功率转换的必要器件，并且已经过几十年的发展，涌现出了各种各样的技术。这些器件多年来一直在发展并且仍在继续不断朝着更好的方向发展，要注意的是，这里所说的任何技术都可能被未来的创新所取代。考虑到这个因素，图3.10是当前的主要的功率变换开关器件的列表，以及一些简 单的特性比较:

图3.10     半导体功率开关的主要类型和重要特性

双极型晶体管(BJT)是一种电流驱动型器件，由于其电导率调制效应，导通阈值电压非常低，导通时的饱和电压降也非常低。但它很难关断，因为它具有类似于二极管的恢复特性，需要将基极电荷完全抽走后才能关断。相比之下，功率MOSFET是一个电压驱动器件，具有更高的导通阈值电压，但其栅极是呈电容性的，因此需要大的瞬态电流来实现快速开关。在MOSFET中没有电导率调制，所以通态电压降是由有限的导通电阻(RDs(ON )）引起的，随着电流的增加而增加，而关断时，只需要极短的反向恢复时间。尽管在许多情况下，图3.10所列的其他器件具有较高的电流或电压额定值，但主要应用于较低开关速度的场合。此外，所列出的那些“新”材料，如碳化硅(SiC)、硅锗(SiGe)、砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN), 似乎都有很大的前景和潜力。而在撰写本文时，只有sic产品实现了真正大批量的生产及使用。因此，本书讨论将仅限于功率MOSFET。