作者简介:杜佐兵
电磁兼容（EMC）线上&线下高级讲师
杜佐兵老师在电子行业从业近20年，是国家电工委员会高级注册EMC工程师，武汉大学光电工程学院、光电子半导体激光技术专家。目前专注于电子产品的电磁兼容设计、开关电源及LED背光驱动设计。
开关电源换能系统在我们智能电源，太阳能光伏逆变，高铁和汽车电子，工业及消费电子；在新形势下的应用要求节能降耗同时提升能源的利用效率；Si半导体器件不断通过优化的“多步外延法&挖槽填充工艺”及器件的优化封装技术硅半导体器件在能耗上的特性逐渐达到瓶颈；新的材料开发比如宽禁带材料(SiC,GaN)开始产业化将器件的工艺技术从硅器件的垂直导电技术向水平导电技术（宽禁带）转变；器件结构简单同时朝高频高速方向发展！
对于半导体硅器件我用开关MOS管的应用举例说明其在目前成熟技术领域的损耗机理进行分析；
功率MOS管的功率损耗：工作在阻性负载下其损耗特性参考如下：
同时开关MOS都有寄生的体二极管，在一些实际应用电路中该体二极管会存在反向恢复的问题，其体二极管会存在反向恢复的特性；参考如下电路的等效模型
如上图机理分析：
A.其体二极管两端可以用电容来等效；积累的电荷Qrr完全放掉需要时间为trr。B.假如反向恢复时处于短路状态，损耗就很大。因此内部寄生二极管的电容特性使MOSFET开关频率受到限制。
功率MOS管的功率损耗：如上工作图示在感性负载下其损耗特性参考如下：
因此通过上面的分析我们可以知道对于半导体器件（MOS管）其损耗主要来源于
A.开关损耗；器件的结电容，寄生体二极管反向恢复时间及电荷影响。
B.开通损耗；器件的导通内阻RDS(ON)(IGBT受其导通压降)影响。
C.驱动损耗：器件的驱动电压和电流影响。
通过上面开关MOS的工作波形；为了能够方便的评估器件的主要损耗来源；
根据参考文献：通过引入Figure of merit(FOM)功率器件的损耗品质因数进行评估：
通过上面的表达式可以用简化的参数量进行评估损耗的关系；器件的损耗品质因数FOM=Qg×RDS(on);即器件总的门极电荷Qg与器件导通的内阻的乘积最小的时候能有最小的损耗；由此我们的硅器件开关MOS在发展过程中就会出现了很多技术的迭代比如从VD-MOS到SJ-MOS的迭代升级及开发运用。
在前面讲的新的形势下硅器件到达瓶颈后新的材料与工艺技术的SiC & GaN器件经过多年的科研及改进优化越来越成熟；SiC &GaN其更低的Qg×RDS(on) &高的结温以及高的功率密度（体积小型化）等等开始达到产业化应用目标。同时这类器件在应用中也会有对应的优缺点；总结如下：
优势：损耗，体积，工作温度，开关频率
缺点：价格高，实现方式复杂
在实际运用中不同的开关器件在不同的开关电源拓扑结构中需要进行合理选择优化才能提升我们电源的效率及可靠性设计！
任何的EMC及电子电路的可靠性设计疑难杂症；先分析再设计才是高性价比的设计！
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