1、器件的限制

　　對(duì)于一個(gè)開(kāi)關(guān)管來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用中，不是給個(gè)驅(qū)動(dòng)就開(kāi)，驅(qū)動(dòng)撤掉就關(guān)了。它有開(kāi)通延遲時(shí)間（tdon），上升時(shí)間（tr），關(guān)斷延遲時(shí)間（tdoff），下降時(shí)間tf，對(duì)應(yīng)的波形如下：

　　通俗的講，開(kāi)關(guān)管開(kāi)通關(guān)斷不是瞬間完成的，需要一定的時(shí)間，開(kāi)關(guān)管本身的開(kāi)關(guān)時(shí)間就限制了開(kāi)關(guān)頻率的提升。

　　曾經(jīng)筆者在delta用在3kW的逆變器上的一款600V的coolmos為例?？纯催@些具體的開(kāi)關(guān)時(shí)間是多少

　　那么對(duì)于這個(gè)mos管來(lái)說(shuō)，它的極限開(kāi)關(guān)頻率(在這種極限情況下，mos管剛開(kāi)通就關(guān)斷)fs=1/(16+12+83+5)ns=8.6MHz，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，由于要調(diào)節(jié)占空比，不可能讓開(kāi)關(guān)管一開(kāi)通就關(guān)斷，所以實(shí)際的極限頻率是遠(yuǎn)低于8.6MHz的，所以器件本身的開(kāi)關(guān)速度是限制開(kāi)關(guān)頻率的一個(gè)因素。

　　2、開(kāi)關(guān)損耗

　　當(dāng)然，隨著器件的進(jìn)步，開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)的速度越來(lái)越快，尤其是在低壓小功率場(chǎng)合，如果僅考慮器件本身的開(kāi)關(guān)速度，開(kāi)關(guān)頻率可以run得非常高，但實(shí)際并沒(méi)有，限制就在開(kāi)關(guān)損耗上面。

　　可以看到，開(kāi)關(guān)管每開(kāi)通一次，開(kāi)關(guān)管DS的電壓（Vds）和流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流（Id）會(huì)存在交疊時(shí)間，從而造成開(kāi)通損耗，關(guān)斷亦然。假設(shè)每次開(kāi)關(guān)管每開(kāi)關(guān)一次產(chǎn)生的能量損耗是一定的，記為Esw，那么開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗功率就為Psw=Esw*fs，顯然，開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗越大。5M開(kāi)關(guān)頻率下開(kāi)關(guān)損耗比500K要大10倍，這對(duì)于重視效率的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，顯然是不可接受的。所以，開(kāi)關(guān)損耗是限制開(kāi)關(guān)頻率的第二因素。

　　開(kāi)關(guān)損耗確實(shí)是限制因素之一，但是氮化鎵器件的推出已經(jīng)讓開(kāi)關(guān)損耗在1-3Mhz這個(gè)范圍內(nèi)變得可以接受，我下面附一張圖片，這是三家公司推出的650V的GaN device，可以看出最好的管子開(kāi)通損耗已經(jīng)4uJ，關(guān)斷損耗在8uJ(測(cè)試條件在400V, 12A)，甚至有家公司的650V的管子基本可以和Transphorm平齊。而同電壓電流等級(jí)的硅器件很多管子都還在以mJ為單位。

　　還有一點(diǎn)很重要，寬禁帶半導(dǎo)體的工作結(jié)溫很高，以目前的工藝來(lái)說(shuō)，Sic的結(jié)溫可以工作到200°，氮化鎵可以工作到150°。而硅器件呢，我覺(jué)得最多100°就不得了。結(jié)溫高，意味著相同損耗下，需要給寬禁帶半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的散熱器表面積要小很多，何況寬禁帶半導(dǎo)體的損耗本身還小。

　　是開(kāi)關(guān)頻率的提高，往往只能使用QFN或者其他一些表貼器件減少封裝寄生參數(shù)，這給散熱系統(tǒng)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，原來(lái)To封裝可以加散熱器，減少到空氣對(duì)流的熱阻，而現(xiàn)在不行了。所以如果想在高頻下工作，第一問(wèn)題就是解決散熱，把高開(kāi)關(guān)損耗導(dǎo)出去，尤其是在kW級(jí)別，散熱系統(tǒng)非常重要?，F(xiàn)在學(xué)界解決這個(gè)問(wèn)題的手段偏向于把器件做成獨(dú)立封裝，采用一種叫DCB的技術(shù)，用陶瓷基板散熱，器件從陶瓷上表面到下表面的熱阻基本為0.4°C/W（有些人也用metal core PCB, 但是要加絕緣層，熱阻一般在4°C/W），而FR4為20°C/W。