电源技术中的PWM DC/DC转换器所用元件开关管

对开关管的要求是快速开通、快速关断，只有快速地进行状态转换才符合PWM DC/DC转换器的工作需要，才会使开关过程中的交叠损耗减小。 PWM DC/DC转换器常用的开关管有两种：一种是功率场效应管MOSFET；另一种是绝缘栅双极晶体管IGBT。 　　N型沟道MOSFET的电路图形符号及其结构如图所示。这是一种场控器件，各电极的作用类似于NPN型晶体管。漏极D相当于集电极C，源极S相当 于发射极E，栅极G相当于基极B。最显着的区别是：MOSFET管是电压控制式开关器件，栅一源之间只需几伏的电压（不需要静态电流），就可以控 制它的输出电压和输出电流。 　　如图 N型沟道MOSFET的电 PWM DC/DC转换器在电源技术中扮演着至关重要的角色，其主要任务是高效地将直流电压转换为可调的直流电压。为了实现这一目标，开关管是转换器的核心组件，因为它们负责控制电流的流动并实现功率转换。对开关管有两个关键要求：快速开通和快速关断。这样的特性有助于减少在开关过程中产生的交叠损耗，从而提高转换效率。 PWM DC/DC转换器中最常见的开关管类型包括功率场效应管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）。这两种器件各有其独特的特性和应用场合。 MOSFET，特别是N型沟道MOSFET，是一种场控半导体器件，它的电路图形符号与NPN型晶体管类似，但工作原理不同。在MOSFET中，漏极D相当于集电极C，源极S相当于发射极E，而栅极G则相当于基极B。MOSFET的最大特点在于它是电压控制型开关器件，仅需在栅极G和源极S之间施加几伏的电压（无需静态电流）就能控制其输出电压和电流。这种低驱动电压使得MOSFET具有快速开关的能力，而且由于其没有PN结的存储效应，因此开关速度非常快。 功率MOSFET的内部结构通常由大量元包并联组成，每个元包相当于一个单独的MOSFET单元。新工艺的发展，如纵向导电沟道型设计，能够有效减小通态电阻，进一步提升器件的效率。在MOSFET中，源极和漏极是在沟道两侧通过扩散工艺形成的，而栅极与沟道之间通过二氧化硅绝缘。当在栅极和源极之间施加控制电压时，产生的电场会改变沟道的性质，使得漏极和源极之间形成导电通道，允许大电流通过。 另一方面，IGBT结合了MOSFET的电压控制特性和双极晶体管的高电流密度能力，使其在高压和大电流应用中特别有用。尽管IGBT的开关速度比MOSFET稍慢，但它能承受更高的电压和提供更大的电流承载能力。 选择MOSFET还是IGBT作为PWM DC/DC转换器的开关管，通常取决于具体的应用需求，如工作电压、电流大小、效率要求以及开关速度等。在设计电源系统时，工程师需要综合考虑这些因素来优化整体性能。 PWM DC/DC转换器的高效运行依赖于开关管的性能，尤其是它们的开关速度和损耗控制。MOSFET和IGBT都是实现这一目标的重要工具，它们各自的特点和优势决定了在不同应用场景下的选用。理解这些元件的工作原理和特性对于电源设计者来说至关重要，因为这直接影响到电源系统的可靠性和效率。