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MOSFET和IGBT区别

变流技术 | 发布时间:2017-08-14 | 人气: | #评论# |本文关键字:MOSFET,IGBT
摘要:MOSFET和IGBT功能类似,工作机能类似,两者有什么不同呢,什么电路里应该选用MOSFET或者IGBT呢?

1,由于MOSFET的结构,通常它可以做到电流很大,可以到上KA,但是前提耐压能力没有IGBT强。

     2,IGBT可以做很大功率,电流和电压都可以,就是一点频率不是太高,目前IGBT硬开关速度可以到100KHZ,那已经是不错了.不过相对于MOSFET的工作频率还是九牛一毛,MOSFET可以工作到几百KHZ,上MHZ,以至几十MHZ,射频领域的产品. 

     3,就其应用,根据其特点:MOSFET应用于开关电源,镇流器,高频感应加热,高频逆变焊机,通信电源等等高频电源领域;IGBT集中应用于焊机,逆变器,变频器,电镀电解电源,超音频感应加热等领域 

开关电源 (Switch Mode Power Supply;SMPS) 的性能在很大程度上依赖于功率半导体器件的选择,即开关管和整流器。

虽然没有万全的方案来解决选择IGBT还是MOSFET的问题,但针对特定SMPS应用中的IGBT 和 MOSFET进行性能比较,确定关键参数的范围还是能起到一定的参考作用。

     本文将对一些参数进行探讨,如硬开关和软开关ZVS (零电压转换) 拓扑中的开关损耗,并对电路和器件特性相关的三个主要功率开关损耗—导通损耗、传导损耗和关断损耗进行描述。此外,还通过举例说明二极管的恢复特性是决定MOSFET 或 IGBT导通开关损耗的主要因素,讨论二极管恢复性能对于硬开关拓扑的影响。

导通损耗

除了IGBT的电压下降时间较长外,IGBT和功率MOSFET的导通特性十分类似。由基本的IGBT等效电路(见图1)可看出,完全调节PNP BJT集电极基极区的少数载流子所需的时间导致了导通电压拖尾(voltage tail)出现。

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这种延迟引起了类饱和 (Quasi-saturation) 效应,使集电极/发射极电压不能立即下降到其VCE(sat)值。这种效应也导致了在ZVS情况下,在负载电流从组合封装的反向并联二极管转换到 IGBT的集电极的瞬间,VCE电压会上升。IGBT产品规格书中列出的Eon能耗是每一转换周期Icollector与VCE乘积的时间积分,单位为焦耳,包含了与类饱和相关的其他损耗。其又分为两个Eon能量参数,Eon1和Eon2。Eon1是没有包括与硬开关二极管恢复损耗相关能耗的功率损耗;Eon2则包括了与二极管恢复相关的硬开关导通能耗,可通过恢复与IGBT组合封装的二极管相同的二极管来测量,典型的Eon2测试电路如图2所示。IGBT通过两个脉冲进行开关转换来测量Eon。第一个脉冲将增大电感电流以达致所需的测试电流,然后第二个脉冲会测量测试电流在二极管上恢复的Eon损耗。

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这种延迟引起了类饱和 (Quasi-saturation) 效应,使集电极/发射极电压不能立即下降到其VCE(sat)值。这种效应也导致了在ZVS情况下,在负载电流从组合封装的反向并联二极管转换到 IGBT的集电极的瞬间,VCE电压会上升。IGBT产品规格书中列出的Eon能耗是每一转换周期Icollector与VCE乘积的时间积分,单位为焦耳,包含了与类饱和相关的其他损耗。其又分为两个Eon能量参数,Eon1和Eon2。Eon1是没有包括与硬开关二极管恢复损耗相关能耗的功率损耗;Eon2则包括了与二极管恢复相关的硬开关导通能耗,可通过恢复与IGBT组合封装的二极管相同的二极管来测量,典型的Eon2测试电路如图2所示。IGBT通过两个脉冲进行开关转换来测量Eon。第一个脉冲将增大电感电流以达致所需的测试电流,然后第二个脉冲会测量测试电流在二极管上恢复的Eon损耗。


MOSFET的转移特性


假定在导通时,FET电流上升到10A,根据图3中25℃的那条曲线,为了达到10A的值,栅极电压必须从5.2V转换到6.7V,平均GFS为10A/(6.7V-5.2V)=6.7mΩ。

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公式1 获得所需导通di/dt的栅极驱动阻抗

把平均GFS值运用到公式1中,得到栅极驱动电压Vdrive=10V,所需的 di/dt=600A/μs,FCP11N60典型值VGS(avg)=6V,Ciss=1200pF;于是可以计算出导通栅极驱动阻抗为37Ω。由于在图3的曲线中瞬态GFS值是一条斜线,会在Eon期间出现变化,意味着di/dt也会变化。呈指数衰减的栅极驱动电流Vdrive和下降的Ciss作为VGS的函数也进入了该公式,表现具有令人惊讶的线性电流上升的总体效应。

同样的,IGBT也可以进行类似的栅极驱动导通阻抗计算,VGE(avg) 和 GFS可以通过IGBT的转换特性曲线来确定,并应用VGE(avg)下的CIES值代替Ciss。计算所得的IGBT导通栅极驱动阻抗为100Ω,该值比前面的37Ω高,表明IGBT GFS较高,而CIES较低。这里的关键之处在于,为了从MOSFET转换到IGBT,必须对栅极驱动电路进行调节。

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