小小的电源开关可如何拯救世界(08-100)
那么，这些器件和理想开关之间的最大区别在哪里呢?首先，驱动实际开关需要一些能量。这个能量必需由栅极驱动器提供。由于MOSFET和IGBT都代表着电容性负载，利用栅极电容，驱动电压和开关频率可计算出所需的功率。双极型晶体管需要一个基极电流，而在IGBT中，这由栅极电压的沟道提供，并流入负载。由于这个功率可能相当高，目前只在极少数情况下开关模式电源才采用双极型晶体管。因为栅极是电容性负载，栅极驱动器在开关时可能产生高峰值电流。这些峰值电流与主要开关的开关速度直接有关，这种关系既有利也有弊。一般而言，由于器件在“线性”区域 (即在完全导通和完全关断之间) 花费的时间越来越少，故需要快速的开关，但电路中电流变化率dI/dt过快可能带来有害的副作用，比如可能损坏开关或其它元件的高峰值电压。此外，快速开关无可避免产生电磁辐射，为符合相关规范，这些辐射必需被过滤掉。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/91747.htmMOSFET或IGBT与理想开关的另一个区别是，它们的导通阻抗不是零，因此会产生导通损耗。IGBT的情况更甚，器件上或多或少的恒定压降都会在导通状态产生损耗，在轻载时尤其严重。
第三个区别是，器件中的寄生电容会存储能量，并正好在器件从导通状态变为关断状态时释放能量，反之亦然。这些损耗可能相当大，即使空载时也会产生功耗。
由于我们最初的目的是提高电源子系统的效率，故电源开关的影响最大，这三大效应 (栅极驱动、开关和导通损耗) 为我们提供了一条提高效率的路径。那有什么新方法吗?图4显示了从平面型到垂直和超结MOSFET等各种器件结构上的路径。
图4 左图为典型的平面型MOSFET，右图是利用多外延层产生的超结MOSFET
不幸的是，摩尔定律在这里不再适用。由于光刻设备的改进，器件结构可被简化，相同面积上可集成更多的有源晶体管。不过存在两个限制效应：首先，电场必须保持在一定强度之下，否则器件结构会内部击穿。其次，若器件加压过大，需要以受控方式吸收能量，这不仅需要特定的结构，还得有足够的硅体积以避免器件毁坏。
评论