大功率场效应管（MOSFET）及其驱动电路

在过去的十几年中，大功率场效应管引发了电源工业的革命，而且大大地促进了电子工业的发展。由于MOSFET管具有更快的开关速度,电源开关频率可以做得更高,可以从50kHz提高到200kHz 甚至400kHz。同时也使得开关电源的体积变得更小，由此产生了大量使用小型电源的新产品。个人计算机的不断小型化就是一个典型的例子。
开关电源工作频率的不断提高促使电子元件工业发生了广泛的变革。半导体工业首当其冲，更多的研究经费投入于 MOSFET管的研究。MOSFET 管的额定电压和额定电流得到了显著提高，成本却逐渐下降，使它可以应用于大量新的场合。
目前已经开发出在高频率、高磁通密度条件下有更低损耗的磁性元件，并且推出了能工作在更高频率的PWM 芯片。工作频率的提高和变压器、滤波电容体积的减小，要求其他器件的尺寸也要减小，从而对制造工艺提出了更高的要求（比如表面安装技术SMT)。
谐振电源是一个新的工业和研究领域。频率为20~30kHz，使用可控硅整流器的谐振电源已经使用了多年。MOSFET管的出现使电路可以工作在更高的频率，大量研究人员正着手开发各种频率为0.3～5MHz的新型谐振电路拓扑。
在频率高于100kHz的设计中，设计者必须认真考虑原本在频率低于100kHz时可以忽略的现象。比如集肤效应，特别是变压器线圈的邻近效应损耗，因为高频时这些损耗在整个变压器损耗中所占的比重增大。由于电流波形具有更快的上升时间,地线和供电回路上的Ldildr尖峰变得更加复杂棘手，所以需要设计者更加注意线路布局，如具有低电感特性的地线和供电回路及关键节点的耦合电容等。
尽管存在这些不确定的因素和问题，但是电源设计者只要熟悉双极型晶体管的设计，掌握关于MOSFET管特性的基本信息，就可以很快学会使用MOSFET管进行电路设计。对电路设计者来说,决定MOSFET管特性的制造材料和固态物理结构并不太重要,这里不予讨论。在电路设计中，MOSFET管的直流伏安特性、极间电容、温度特性和开关速度等是需要考虑的，本文只对这些方面进行讨论。
在很大程度上，用MOSFET管设计电源比用双极型晶体管更简单。MOSFET管输入端(栅极)的驱动电路要比双极型晶体管的基极驱动电路简单得多。而且MOSFET管没有存储时间，就避免了复杂的 Baker 钳位电路和比例基极驱动电路。另外，双极型晶体管β值在制造过程中可能相差达4倍所引起的问题在MOSFET管的使用中也已不存在。
在关断过程中，因为 MOSFET管电流下降速度很快，输出端的下降电流和上升电压在较低的电流下会发生重叠，从而减小了重叠损耗即交流开关损耗（1.3.4 节)。这样就可以简化甚至不需要缓冲器了（第11章)。

MOSFET及其驱动电路《开关电源设计》.pdf (2023-9-28 08:31 上传)

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