导通电压和死区电压
在电子实际应用中,我们会经常看到MOSFET和IGBT,它两都可以作为开关元件来使用。那为什么在有的电路中用的是MOSFET,有的是IGBT呢?其实,这是因为MOSFET和IGBT内部结构不同,才造就了其应用领域的不同。
今天我们来谈谈MOSFET和IGBT的区别,主要从以下几个方面来展开:
1.两者的定义
2.两者的工作原理
3.两者的性能对比
4.两者的应用分析
5.选型时的注意事项
一、先简单认识两者的定义
MOSFET
全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管,因为这种场效应管的栅极被绝缘层隔离,所以又叫绝缘栅场效应管。
它可以分为四大类:N沟道的耗尽型和增强型MOSFET,P沟道的耗尽型和增强型MOSFET。
特点:输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性,一般用作放大器、电子开关等用途。
IGBT
全称绝缘栅双极型晶体管,是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。
特点:入阻抗高,电压控制功耗低,控制电路简单,耐高压,承受电流大等。常用于应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
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二、两者的工作原理
MOSFET:由源极、漏极和栅极端子组成,是通过改变栅极电压来控制漏极和源极之间的电流。
当栅极电压为正时,N型区会形成一个导电通道,电流从漏极流向源极;
当栅极电压为负时,通道被截止,电流无法通过。
IGBT:由发射极、集电极和栅极端子组成,是通过控制栅极电压来控制集电极和发射极之间的电流。
当栅极电压为正时,P型区中会向N型区注入电子,形成一个导电通道,电流从集电极流向发射极;
当栅极电压为负时,通道被截止,电流则无法通过。
三、两者的性能对比
功率处理能力
MOSFET:与IGBT相比,MOSFET在低、中等功率的应用中更具优势,由于MOSFET的结构,通常它可以做到电流很大,可以到上KA程度,但耐压能力却没有IGBT强。
IGBT:在处理高电压和大电流时有着较高的效率,在高功率应用领域有优越的性能,它可以做很大功率,电流和电压都可以,但在频率方面不是太高。
开关速度
MOSFET:MOSFET的开关速度是很快的,这是它很大的优点。MOSFET的工作频率在工作时可以达到到几百KHZ,上MHZ,以至几十MHZ。
IGBT:目前IGBT硬开关速度可以到100KHZ,虽然IGBT的开关速度不及MOSFET,但依旧能提供良好的性能。
导通关断损耗
MOSFET:在具有最小Eon损耗的ZVS 和 ZCS应用中,由于本身具有较快的开关速度,与IGBT相比它的导通时间更短,MOSFET能够在较高频率下工作。
MOSFET的关断损耗比IGBT低得多,主要是因为IGBT 的拖尾电流,死区时间也要加长。
温度特性和电压降
一般情况下,MOSFET的温度系数比IGBT低,在高温环境下MOSFET的性能更加稳定。
由于不同的设计原理,IGBT的正向电压降较MOSFET大。不过在许多应用中,IGBT的高压降会被其他优点,如高瞬态电压承受能力和较低的导通损耗所抵消掉。因此在高电压应用中,IGBT更加适用。
成本方面
IGBT因为制造过程复杂且功率处理能力高,成本高于MOSFET。因此在一些成本敏感的应用,低功率和高开关频率的应用场景,MOSFET以其较低的成本和灵活性成为工程师的首选。
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四、两者的应用优势
MOSFET:在高频开关应用具备优势
MOSFET的优点决定了它非常适合高频且开关速度要求高的应用。在开关电源领域中,MOSFET的寄生参数至关重要,它决定了转换时间、导通电阻、振铃(开关时超调)和背栅击穿等性能。
IGBT:在高压大电流应用具备优势
IGBT在处理和传导中至超高电压和大电流具有极大优势,由于它拥有非常高的栅极绝缘特性,并且在电流传导过程中产生非常低的正向压降,尽管出现浪涌电压,IGBT的运行也不会受到干扰。
不过,与MOSFET相比,IGBT开关速度较慢,关断时间较长,不适合高频应用。
五、选择MOSFET和IGBT的注意要点:
MOSFET在不同领域选型:
在作为电源开关选择MOSFET时
- 要注意其具有极低的导通电阻、低输入电容以及较高的栅极击穿电压,这些参数甚至能够做到处理电感产生的任何峰值电压;
- 漏极和源极之间的寄生电感越低越好,这是因为低寄生电感能够将开关过程中的电压峰值降至最低。
在门驱动器或者逆变器应用选择MOSFET时:
一般选择低输入电容(利于快速切换)以及较高驱动能力的MOSFET,保证更好的驱动能力。
IGBT在应用时注意参数选择:
1.额定电压:在开关工作的条件下,IGBT的额定电压通常要高
于直流母线电压的两倍;
2.额定电流:由于负载电气启动或加速时容易电流过载,要求IGBT在1
分钟的时间内能够承受1.5倍的过流;
3.开关速度:这个无须多讲,良好的开关速度有利于工作开关发挥更好的性能;
4.栅极电压:IGBT的工作状态与正向栅极电压有着很大关系,一般电压越高,开关损耗越小,正向压降也更小。
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从以上信息我们可以总结出,MOSFET和IGBT虽然在外形及特性参数也比较相似,但是其应用与作用却有大不同。
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不过一般来说MOSFE和IGBT是没有本质区别的,我们经常会听到“是MOSFET好还是IGBT好”这个问题,其实没有什么选择性。比如开头我们提到的有时电路用MOSFET,有时用MOSFET,这是由于两者在各个应用领域中都有各自特别的优势来决定的,不能简单的用好和坏来区分来判定。
同样,在选择合适且性能较优的产品也是十分重要的,在这里,小编推荐VBsemi的MOSFET和IGBT的产品,适用于多种应用领域,具有优良的器件性能。
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