1. 开关管在电源里的位置
以 Buck 为例，开关管把输入电压切成高频脉冲，电感和电容再把脉冲整理成稳定输出。高侧开关导通时，输入给电感和负载供能；高侧关断时，电感电流不能突变，必须通过二极管或同步 MOSFET 续流。
这张图重点看 SW 节点。
SW 节点一会儿接近输入电压，一会儿接近地，电压跳变很快，所以它是尖峰、振铃和 EMI 的主要来源。
调试 Buck 时，除了看输出电压，更要看 SW 波形、栅极波形和电感电流。
理想开关导通时压降为 0，关断时电流为 0，切换瞬间电压和电流不重叠。实际器件做不到，所以会出现三类损耗：导通损耗，导通时的 $I^2R$ 或 $VI$ 损耗；开关损耗，切换瞬间的电压电流重叠损耗；额外损耗，寄生电容、反向恢复、寄生电感带来的损耗。
2. 二极管
二极管不需要控制信号，靠两端电压极性自然导通。它常用于整流、续流、钳位、防反接和稳压。
二极管看似简单，但在高频电源里，反向恢复经常是尖峰和损耗的来源。
这张伏安曲线要分三段看：正向区不是到 0.7V 才突然导通，而是电流随电压指数上升；反向截止区不是完全没有电流，而是有漏电；反向击穿区对普通二极管是危险区，对稳压管则是可利用的工作区。
硅二极管常被粗略说成正向压降 0.7V，但这只是方便估算。电流越大，压降通常越高；温度升高时，同样电流下正向压降会下降，但漏电流会上升。
这张温度图说明一个很实用的点：
高温下二极管更容易漏电和发热，低温下正向压降可能变高。
做低压大电流输出整流时，哪怕压降只差几百毫伏，损耗也会差很多。
常见类型可以这样记：普通 PN 二极管适合工频整流和低频保护；快恢复二极管适合 PFC、Boost、逆变等高频场合；肖特基二极管适合低压高频整流，因为它几乎没有少数载流子存储，反向恢复很小；稳压管工作在反向击穿区，常用于基准、钳位和栅极保护。
高频电源里最容易忽略的是 反向恢复。
二极管从正向导通切到反向截止时，内部载流子要先清空，会短时间流过反向恢复电流。这个电流会和 PCB 寄生电感一起制造尖峰，也会增加开关管损耗。
选二极管时要看 $t_{rr}$、$Q_{rr}$ 和恢复软硬程度，不要只看耐压和平均电流。
3. BJT 三极管
BJT 是电流控制器件，用小基极电流控制较大的集电极电流。它有三个端子：基极 $B$、集电极 $C$、发射极 $E$。
理解 BJT，不能只背“电流放大”，要先看两个 PN 结：发射结是 $B-E$ 结，集电结是 $B-C$ 结。
这张图左边看 $V_{BE}$ 和 $I_B$，右边看不同基极电流下 $I_C$ 与 $V_{CE}$ 的关系。
以 NPN 为例，三个工作区可以这样判断：
| 工作区 | PN 结状态 | NPN 电压关系 | 电路含义 |
|---|---|---|---|
| 截止区 | 发射结不正偏，集电结不正偏 | $V_B$ 没有比 $V_E$ 高约 0.6V 到 0.7V | 关断，$I_C$ 近似为 0 |
| 放大区 | 发射结正偏，集电结反偏 | 通常是 $V_C > V_B > V_E$ | $I_C \approx \beta I_B$，用于模拟放大 |
| 饱和区 | 发射结正偏，集电结也正偏 | $V_B$ 同时高于 $V_E$ 和 $V_C$，$V_{CE}$ 很低 | 低压降导通，用于开关 |
一句话记忆：
NPN 正常放大时，$V_C > V_B > V_E$。
如果基极高到连集电结也正偏，管子就进入饱和。饱和不是“放大更强”，而是失去线性放大关系，变成低压降导通。
BJT 做开关时，关断靠截止区，导通靠饱和区。
问题是深饱和会存储电荷，关断时要先把这些电荷抽走，所以关断速度会变慢。
高速开关电路里常会避免过深饱和，或者用肖特基钳位、加速电容、合适的基极退饱和设计来缩短关断时间。
BJT 的价值在小信号放大、低成本开关、电流源和简单驱动级。它需要持续基极电流，输入阻抗低，高速大功率开关不如 MOSFET 方便。主功率级现在通常不用 BJT，而是用 MOSFET、IGBT、SiC 或 GaN。
3.1 三种基本放大接法
共射放大电路
共射的输入在基极，输出在集电极，发射极作为公共端。
核心过程是：输入让 $i_B$ 变化，三极管把它放大成 $i_C$ 变化，$R_C$ 再把电流变化转换成输出电压变化。
因为 $i_C$ 增大时 $R_C$ 压降增大，集电极电压下降，所以共射输出反相。
共集放大电路
共集又叫射极跟随器，输出从发射极取，近似满足：
$$
V_o \approx V_i – V_{BE}
$$
它不主要放大电压，而是做缓冲和阻抗变换。前级看到的是较高输入阻抗，后级得到的是较低输出阻抗，所以共集常用于驱动级和隔离级。
共基放大电路
共基的输入在发射极，输出在集电极，基极作为交流公共端。它电流增益接近 1，但可以有电压增益。因为输入和输出之间的反馈影响小，米勒效应不明显，所以高频性能好。它不如共射、共集常见，但在高频、宽带和低输入阻抗场合有用。
4. MOSFET
MOSFET 是电源里最常见的开关管。它是电压控制器件，端子是 栅极 $G$、漏极 $D$、源极 $S$。
栅极直流电流很小，但每次开关都要给栅极相关电容充放电，所以驱动能力仍然很重要。
这张等效图可以把 MOS 理解成：
栅压控制的电阻。
$V_{GS}$ 足够高时，漏源之间形成沟道，导通后主要表现为 $R_{DS(on)}$。
但 $V_{GS(th)}$ 只表示刚开始有微小电流，不代表已经能大电流导通。选 MOS 时要看指定驱动电压下的 $R_{DS(on)}$，例如 4.5V、10V、12V。
转移曲线说明：$V_{GS}$ 越高，沟道越强，能承载的电流越大。
输出曲线里有可变电阻区和恒流区。功率开关导通时希望落在可变电阻区，也就是 $V_{DS}$ 低、损耗小；如果长时间停在高 $V_{DS}$ 又有大电流的线性区，器件会快速发热。
口语里常说 MOS “饱和导通”，意思一般是“栅极驱动足够，导通电阻很小”。
但按 MOS 输出特性严格定义，电源开关导通时更接近可变电阻区，不是高 $V_{DS}$ 的恒流区。
4.1 MOSFET 必须看的参数
$V_{DSS}$ 决定漏源耐压，但不能只拿它和输入电压比。
反激、Boost、半桥、LLC 等电路里，MOS 还要承受反射电压、漏感尖峰和布局振铃，所以要用示波器确认最大 $V_{DS}$，并保留降额。
$R_{DS(on)}$ 决定导通损耗：
$$
P_{cond} \approx I_{rms}^2R_{DS(on)}
$$
这个值会随结温升高明显变大。很多 MOS 在 100C 以上时 $R_{DS(on)}$ 可能接近 25C 的 1.5 到 2 倍，所以热态损耗不能按典型值乐观估计。
$Q_g$、$Q_{gd}$、$C_{oss}$、$E_{oss}$ 决定高频开关表现。
低频大电流场合可能主要看 $R_{DS(on)}$；频率升高后，栅极电荷、米勒电荷、输出电容能量和体二极管恢复会变得同样重要。
SOA 也不能忽略。
SOA 是安全工作区，说明器件在不同电压、电流、脉冲宽度下能承受多久。热插拔、线性启动、短路保护、浪涌场景，不是只看额定电流就够，要看 SOA。
封装和散热同样是参数的一部分。
相同芯片放在不同封装里，热阻、寄生电感、Kelvin Source、散热路径都不同。开关速度越快，封装寄生越重要。
4.2 MOS 损耗从哪里来
MOS 的损耗不止导通损耗。硬开关时，开通和关断瞬间 $V_{DS}$ 与 $I_D$ 会重叠，可粗略估算：
$$
P_{sw} \approx \frac{1}{2}V_{DS}I_D(t_r+t_f)f_s
$$
但这个公式只是早期估算。实际还要看 $C_{oss}$ 充放电能量、栅极驱动损耗、体二极管反向恢复损耗、死区期间的第三象限导通损耗、吸收网络损耗和寄生电感尖峰。
驱动越快，开关损耗可能越低，但尖峰、振铃、EMI 和误导通风险会上升。
栅极电阻不是越小越好，它是在效率和噪声之间折中。
4.3 MOS 寄生电容：Ciss、Coss、Crss
这张图是 MOS 章节的重点。
MOS 内部至少要关注三个物理寄生电容：$C_{GS}$、$C_{GD}$、$C_{DS}$。
数据手册里的 $C_{iss}$、$C_{oss}$、$C_{rss}$ 是组合参数，不是三个独立的物理电容：
| 数据手册参数 | 构成 | 主要影响 |
|---|---|---|
| $C_{iss}$ | $C_{GS}+C_{GD}$ | 驱动器看到的输入电容，影响栅极上升速度 |
| $C_{oss}$ | $C_{DS}+C_{GD}$ | 开关节点充放电、谐振、硬开关损耗 |
| $C_{rss}$ | $C_{GD}$ | 米勒效应、dv/dt 误导通、开关速度 |
$C_{GS}$ 在栅极和源极之间，主要影响栅压从 0V 上升到阈值以及继续上升到驱动电压的速度。
$C_{GD}$ 在栅极和漏极之间，也叫米勒电容；漏极电压变化会通过它反馈到栅极。
$C_{DS}$ 在漏极和源极之间，参与开关节点振铃和输出电容能量。
所以 $C_{oss}$ 不是单独一个“输出电容零件”，它由 $C_{DS}$ 和 $C_{GD}$ 共同组成，而且随 $V_{DS}$ 强烈变化。
高压 MOS 的 $C_{oss}$ 是非线性的，电压越高等效电容通常越小。估算硬开关损耗时，不要只拿某个电压点的 $C_{oss}$ 套公式，优先看数据手册给出的 $E_{oss}$ 或 $Q_{oss}$ 曲线。
近似理解可以写成：
$$
E_{oss} \approx \frac{1}{2}C_{oss}V_{DS}^2
$$
但工程上要记住：
因为 $C_{oss}$ 非线性，$E_{oss}$ 曲线比这个简单公式更可靠。
4.4 米勒平台为什么会出现
米勒平台的根本原因是 $C_{GD}$。
它连接在栅极和漏极之间，当漏极电压快速变化时，会把驱动器的电流“分走”，导致 $V_{GS}$ 暂时停在一个平台附近。
开通过程可以分成几段：
- 驱动器给 $C_{GS}$ 充电，$V_{GS}$ 从 0V 上升。
- $V_{GS}$ 到达阈值后，漏极电流开始上升。
- 漏极电流接近负载电流后，$V_{DS}$ 开始下降。
- 此时 $C_{GD}$ 两端电压在快速变化，驱动电流主要用来搬运 $Q_{gd}$，所以 $V_{GS}$ 上升变慢，看起来像一段平台。
- $V_{DS}$ 降完后，驱动器继续把 $V_{GS}$ 拉到最终驱动电压。
关断过程相反。$V_{GS}$ 先下降，到平台附近后 $V_{DS}$ 开始上升。只要 $V_{DS}$ 还在快速变化，$C_{GD}$ 就会继续牵制栅极电压。平台结束后，MOS 才真正向完全关断过渡。
米勒平台高度不是固定常数。负载电流越大，通常需要更高的 $V_{GS}$ 才能维持对应电流，平台电压也会更高。温度、跨导 $g_m$、器件批次也会影响平台形态。
米勒平台的工程意义很直接：平台越长，$V_{DS}$ 和 $I_D$ 重叠时间越长，开关损耗越大；$C_{GD}$ 越大，dv/dt 误导通风险越高；驱动器越弱或栅极电阻越大，平台持续越久。
示波器同时看 $V_{GS}$ 和 $V_{DS}$ 时，米勒平台对应的正是 $V_{DS}$ 快速变化的那一段。
解决米勒相关问题常用几招：减小栅极回路面积，合理选择栅极电阻，用强一点的驱动器，半桥下管加米勒钳位或负压关断，优先使用 Kelvin Source 封装，把功率源极和驱动源极分开。
4.5 体二极管、第三象限和死区
硅 MOSFET 里天然有体二极管。
同步 Buck、半桥、全桥、LLC 等电路在死区期间，电流可能先走体二极管，再切换到 MOS 沟道。体二极管不是理想二极管，它有正向压降和反向恢复。
死区设置的核心矛盾是：死区太短容易上下管直通；死区太长会让体二极管导通时间变长，损耗和反向恢复尖峰增大。
所以死区不是随便给一个值，要结合 $V_{GS}$、SW 节点、体二极管恢复尖峰和温升来调。
GaN 没有传统硅 MOS 那样的体二极管，但它有第三象限反向导通，死区损耗同样不能忽略。SiC MOSFET 的体二极管恢复比硅 MOS 好很多，但长时间用体二极管续流也不一定划算，仍然要看数据手册和波形。
4.6 MOS 与 BJT 的本质差异
这张符号图要先把端子记清楚：MOSFET 是 $G/D/S$，BJT 是 $B/C/E$。
MOS 用栅源电压控制沟道，BJT 用基极电流控制集电极电流。
这张原理图说明两者的底层差异：MOSFET 是多数载流子器件，开关快、输入阻抗高；BJT 是双极型器件，有少数载流子存储，所以关断速度受限制。
低压高频电源主开关通常选 MOSFET，小信号放大和低成本小电流开关仍可用 BJT。
5. IGBT
IGBT 可以理解为：
MOS 栅极驱动 + 双极型功率通道。
它输入端像 MOSFET 一样是电压驱动，主电流通道又利用少数载流子注入降低高压大电流下的导通压降。
IGBT 适合几百伏到几千伏的大功率场景，比如变频器、伺服、UPS、焊机、光伏逆变、工业电机驱动。它的导通压降用 $V_{CE(sat)}$ 描述，不像 MOSFET 那样主要看 $R_{DS(on)}$。
IGBT 的问题是关断拖尾电流。少数载流子需要时间消失，所以它通常不适合很高频 DC-DC。
做 IGBT 驱动时，关键点是短路保护、退饱和检测、软关断、栅极电阻和母线布局。
低压高频优先 MOSFET；高压大功率、频率不太高时 IGBT 仍然成熟可靠；如果要在高压下提高频率和效率，就会考虑 SiC MOSFET。
6. Si、SiC、GaN
器件类型和材料平台不要混在一起：MOSFET、BJT、IGBT 是器件结构；Si、SiC、GaN 是材料平台。
可以有硅 MOSFET，也可以有 SiC MOSFET；GaN 常见的是 HEMT，不是传统硅 MOS 结构。
| 材料平台 | 主要优势 | 主要难点 | 常见场景 |
|---|---|---|---|
| Si | 成熟、便宜、资料多、供应链完整 | 高压高频下导通电阻和寄生限制明显 | 普通 AC/DC、低压 DC-DC、小信号控制 |
| SiC | 高耐压、高温、高频、反向恢复损耗小 | dv/dt 大，尖峰、EMI、绝缘应力更难处理 | PFC、LLC、光伏、车载 OBC、充电桩 |
| GaN | 栅电荷和输出电荷小，速度快，适合高频小型化 | 驱动窗口窄，布局和死区非常敏感 | USB PD、服务器电源、通信电源、高频 DC-DC |
SiC 不是“直接替换硅 MOS 就完事”。
它速度快，尖峰、EMI、米勒误导通和绝缘应力都会更突出，必须把驱动、栅极电阻、回路面积和吸收网络一起设计。
GaN 没有传统硅 MOS 的体二极管反向恢复问题，但它的反向导通、死区时间、栅极过压裕量非常敏感。GaN 的布局和驱动通常比硅 MOS 更苛刻。
7. 选型和调试重点
选开关管先看工况，不要先看型号。
不同工况优先看不同参数：低压大电流看 $R_{DS(on)}$ 和封装散热；高频硬开关看 $Q_g$、$Q_{gd}$、$C_{oss}$、$E_{oss}$；高压场景看耐压、尖峰、SOA 和布局；半桥 / 同步整流看体二极管、死区和误导通；线性启动 / 热插拔 / 短路保护看 SOA。
下面这个表适合作为调试时的快速检查清单：
| 波形 | 主要看什么 | 常见问题 |
|---|---|---|
| $V_{GS}$ | 驱动幅度、米勒平台、关断是否干净 | 驱动不足、误导通、平台过长 |
| $V_{DS}$ / SW | 尖峰、振铃、dv/dt、耐压裕量 | 吸收不足、布局寄生大、超降额 |
| 电流采样/电感电流 | 限流尖峰、反向恢复冲击、负载瞬态 | 误触发保护、恢复尖峰、环路不稳 |
常见错误可以压缩成几句话：
- 不要把 $V_{GS(th)}$ 当推荐驱动电压。
- 不要只看 $R_{DS(on)}$，高频下电荷和电容同样重要。
- 不要只看额定电流，实际电流能力由封装、散热、PCB 铜皮和温升决定。
- 不要忽略 SOA，尤其是线性区、启动、短路和热插拔。
- 不要忽略驱动回路，栅极电阻、驱动电流、Kelvin Source、米勒钳位会直接改变波形。
- 不要忽略体二极管和死区，它们经常决定同步整流和半桥的损耗、尖峰和可靠性。
一句话总结：
二极管重点看压降和反向恢复；BJT 重点看基极电流、工作区和饱和存储；MOSFET 重点看 $R_{DS(on)}$、栅极电荷、$C_{oss}$、米勒平台、体二极管、SOA 和布局；IGBT 重点看 $V_{CE(sat)}$、拖尾电流和保护。
