MOSFET和IGBT區(qū)別

1、MOSFETIGBT區(qū)別MOSFE和IGBT內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，決定了其應(yīng)用領(lǐng)域的不同.1,由于MOSFET結(jié)構(gòu)，通常它可以做到電流很大，可以到上KA,但是前提耐壓能力沒有IGBT強(qiáng)。2,IGBT可以做很大功率，電流和電壓都可以，就是一點(diǎn)頻率不是太高，目前IGBT硬開關(guān)速度可以到100KHz那已經(jīng)是不錯了.不過相對于MOSFET工作頻率還是九牛一毛，MOSFETT以工作到幾百KHZ,上MHZ以至幾十MHZ射頻領(lǐng)域的產(chǎn)品.3,就其應(yīng)用，根據(jù)其特點(diǎn)：MOSFEW用于開關(guān)電源，鎮(zhèn)流器,高頻感應(yīng)加熱，高頻逆變焊機(jī)，通信電源等等高頻電源領(lǐng)域；IGBT集中應(yīng)用于焊機(jī)，逆變器，變頻器，電鍍電解電源，超音頻感應(yīng)加熱

2、等領(lǐng)域開關(guān)電源(SwitchModePowerSupply;SMPS)的性能在很大程度上依賴于功率半導(dǎo)體器件的選擇，即開關(guān)管和整流器。雖然沒有萬全的方案來解決選擇IGBT還是MOSFET問題，但針對特定SMP而用中的IGBT和MOSFET!行性能比較，確定關(guān)鍵參數(shù)的范圍還是能起到一定的參考作用。本文將對一些參數(shù)進(jìn)行探討，如硬開關(guān)和軟開關(guān)ZVS(零電壓轉(zhuǎn)換)拓?fù)渲械拈_關(guān)損耗，并對電路和器件特性相關(guān)的三個主要功率開關(guān)損耗一導(dǎo)通損耗、傳導(dǎo)損耗和關(guān)斷損耗進(jìn)行描述。此外，還通過舉例說明二極管的恢復(fù)特性是決定MOSFET或IGBT導(dǎo)通開關(guān)損耗的主要因素，討論二極管恢復(fù)性能對于硬開關(guān)拓?fù)涞挠绊?。?dǎo)通損耗除了

3、IGBT的電壓下降時間較長外，IGBT和功率MOSFET導(dǎo)通特性十分類似。由基本的IGBT等效電路(見圖1)可看出，完全調(diào)節(jié)PNPBJT集電極基極區(qū)的少數(shù)載流子所需的時間導(dǎo)致了導(dǎo)通電壓拖尾(voltagetail)出現(xiàn)。OseRhartngiBodyRegion.道工屆引等效電這種延遲引起了類飽和(Quasi-saturation)效應(yīng)，使集電極/發(fā)射極電壓不能立即下降到其VCE(sat)值。這種效應(yīng)也導(dǎo)致了在ZVS情況下，在負(fù)載電流從組合封裝的反向并聯(lián)二極管轉(zhuǎn)換到IGBT的集電極的瞬間，VCE電壓會上升。IGBT產(chǎn)品規(guī)格書中列出的Eon能耗是每一轉(zhuǎn)換周期Icollector與VC睞積的時間積

4、分，單位為焦耳，包含了與類飽和相關(guān)的其他損耗。其又分為兩個Eon能量參數(shù)，Eon1和Eon2Eon1是沒有包括與硬開關(guān)二極管恢復(fù)損耗相關(guān)能耗的功率損耗；Eon2則包括了與二極管恢復(fù)相關(guān)的硬開關(guān)導(dǎo)通能耗，可通過恢復(fù)與IGBT組合封裝的二極管相同的二極管來測量，典型的Eon2測試電路如圖2所示。IGBT通過兩個脈沖進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換來測量Eon。第一個脈沖將增大電感電流以達(dá)致所需的測試電流，然后第二個脈沖會測量測試電流在二極管上恢復(fù)的Eon損耗。圖2典型的導(dǎo)通能耗Eon和關(guān)斷能耗位歐涮試電珞這種延遲引起了類飽和(Quasi-saturation)效應(yīng)，使集電極/發(fā)射極電壓不能立即下降到其VCE(sat)

5、值。這種效應(yīng)也導(dǎo)致了在ZVS情況下，在負(fù)載電流從組合封裝的反向并聯(lián)二極管轉(zhuǎn)換到IGBT的集電極的瞬間，VCE電壓會上升。IGBT產(chǎn)品規(guī)格書中列出的Eon能耗是每一轉(zhuǎn)換周期Icollector與VC睞積的時間積分，單位為焦耳，包含了與類飽和相關(guān)的其他損耗。其又分為兩個Eon能量參數(shù)，Eon1和Eon2Eon1是沒有包括與硬開關(guān)二極管恢復(fù)損耗相關(guān)能耗的功率損耗；Eon2則包括了與二極管恢復(fù)相關(guān)的硬開關(guān)導(dǎo)通能耗，可通過恢復(fù)與IGBT組合封裝的二極管相同的二極管來測量，典型的Eon2測試電路如圖2所示。IGBT通過兩個脈沖進(jìn)行開關(guān)轉(zhuǎn)換來測量Eon。第一個脈沖將增大電感電流以達(dá)致所需的測試電流，然后第二

6、個脈沖會測量測試電流在二極管上恢復(fù)的Eon損耗。101l(f46310V3,Gate-SourceVoltageV圖3S0SFET的轉(zhuǎn)移特性假定在導(dǎo)通時，F(xiàn)ET電流上升到10A,根據(jù)圖3中25c的那條曲線，為了達(dá)到10A的值，柵極電壓必須從5.2V轉(zhuǎn)換到6.7V,平均GFSJ10A/(6.7V-5.2V)=6.7mQo1Gpw公式1獲得所需導(dǎo)通dLd的柵極驅(qū)動阻抗把平均GFS值運(yùn)用到公式1中，得到柵極驅(qū)動電壓Vdrive=10V,所需的di/dt=600A/pS,FCP11N601型值VGS(avg)=6VCiss=1200pF;于是可以計算出導(dǎo)通柵極驅(qū)動阻抗為37Q。由于在圖3的曲線中瞬態(tài)G

7、FS©是一條斜線，會在Eon期間出現(xiàn)變化，意味著di/dt也會變化。呈指數(shù)衰減的柵極驅(qū)動電流Vdrive和下降的Ciss作為VGS勺函數(shù)也進(jìn)入了該公式，表現(xiàn)具有令人驚訝的線性電流上升的總體效應(yīng)。同樣的，IGBT也可以進(jìn)行類似的柵極驅(qū)動導(dǎo)通阻抗計算，VGE(avg)和GFS可以通過IGBT的轉(zhuǎn)換特性曲線來確定，并應(yīng)用VGE(avg)下的CIES值代替Ciss。計算所得的IGBT導(dǎo)通柵極驅(qū)動阻抗為100Q,該值比前面的37Q高，表明IGBTGFS®高，而CIES較低。這里的關(guān)鍵之處在于，為了從MOSFE轉(zhuǎn)換到IGBT,必須對柵極驅(qū)動電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳導(dǎo)損耗需謹(jǐn)慎在比較額定值為60

8、0V的器件時，IGBT的傳導(dǎo)損耗一般比相同芯片大小的600VMOSFET/。這種比較應(yīng)該是在集電極和漏極電流密度可明顯感測，并在指明最差情況下的工作結(jié)溫下進(jìn)行的。例如，F(xiàn)GP20N6S2SMPS2IGBTFCP11N60SuperFET均具有1C/W的R8JC值。圖4顯示了在125c的結(jié)溫下傳導(dǎo)損耗與直流電流的關(guān)系，圖中曲線表明在直流電流大于2.92A后，MOSFE的傳導(dǎo)損耗更大。DCoperation012345678910CoUectorZDraincurren!(A)FCP11N60MOSFETFGP3BN6S21GBTIde=292ATj=125C圖4傳導(dǎo)損耗直流工作ACziputIr

9、ms(Amps)FCP11H60MOSFETFGP20NCS21GBTT廣125CVac«85VVbuSc-400VCQ1升壓PFC電路中的傳導(dǎo)損耗不過，圖4中的直流傳導(dǎo)損耗比較不適用于大部分應(yīng)用。同時，圖5中顯示了傳導(dǎo)損耗在CCM連續(xù)電流模式)、升壓PFC電路，125c的結(jié)溫以及85V的交流輸入電壓Vac和400Vdc直流輸出電壓的工作模式下的比較曲線。圖中，MOSFET-IGB的曲線相交點(diǎn)為2.65ARMS又tPFC電路而言，當(dāng)交流輸入電流大于2.65ARMS時，MOSFET有較大的傳導(dǎo)損耗。2.65APFC交流輸入電流等于MOSFET由公式2計算所得的2.29ARMSMOSFE

10、T導(dǎo)損耗、I2R,利用公式2定義的電流和MOSFET125c的RDS(on)可以計算得出。把RDS(on)®漏極電流變化的因素考慮在內(nèi)，該傳導(dǎo)損耗還可以進(jìn)一步精確化，這種關(guān)系如圖6所示。超eFCPllXOO/OSF£r):RDS()茂WRAZY和VGE的變化一篇名為“如何將功率MOSFETRDS(on)對漏極電流瞬態(tài)值的依賴性包含到高頻三相PWM2變器的傳導(dǎo)損耗計算中”的IEEE文章描述了如何確定漏極電流對傳導(dǎo)損耗的影響。作為ID之函數(shù)，RDS(on)變化對大多數(shù)SMP浙撲的影響很小。例如，在PFC電路中,當(dāng)FCP11N60MOSFET峰值電流ID為11A-一兩倍于5.5A

11、(規(guī)格書中RDS(on)的測試條件)時，RDS(on)的有效值和傳導(dǎo)損耗會增力口5%。在MOSFET導(dǎo)極小占空比的高脈沖電流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，應(yīng)該考慮圖6所示的特性。如果FCP11N60MOSFET作在一個電路中，其漏極電流為占空比7.5%的20A脈沖(即5.5ARMS),則有效的RDS(on常比5.5A(規(guī)格書中的測試電流)時的0.32歐姆大25%.I8J2Vae1rm-31rVaui公式2CCMPFC電路中的RMS電流式2中，lacrms是PFC電路RMS俞入電流；Vac是PFC電路RMS俞入電壓；Vout是直流輸出電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，計算IGBT在類似PFC電路中的傳導(dǎo)損耗將更加復(fù)雜，因?yàn)槊總€

12、開關(guān)周期都在不同的IC上進(jìn)行。IGBT的VCE(sat)不能由一個阻抗表示，比較簡單直接的方法是將其表示為阻抗RFC珅聯(lián)一個固定VFCEfe壓，VCE(ICE)=ICEXRFCE+VFCET是，傳導(dǎo)損耗便可以計算為平均集電極電流與VFCE勺乘積，加上RM睬電極電流的平方，冉乘以阻抗RFCE圖5中的示例僅考慮了CCMPFC電路的傳導(dǎo)損耗，即假定設(shè)計目標(biāo)在維持最差情況下的傳導(dǎo)損耗小于15W以FCP11N60MOSFE為傷該電路被限制在5.8A,而FGP20N6s2GBT可以在9.8A的交流輸入電流下工作。它可以傳導(dǎo)超過MOSFET70%的功率。雖然IGBT的傳導(dǎo)損耗較小，但大多數(shù)600VIGBT都

13、是PT(PunchThrough,穿透)型器件。PT器件具有NTC(負(fù)溫度系數(shù))特性，不能并聯(lián)分流?；蛟S，這些器件可以通過匹配器件VCE(sat)、VGE(TH)(柵射閾值電壓)及機(jī)械封裝以有限的成效進(jìn)行并聯(lián)，以使得IGBT芯片們的溫度可以保持一致的變化。相反地，MOSFE具有PTC(正溫度系數(shù)),可以提供良好的電流分流。關(guān)斷損耗一問題尚未結(jié)束在硬開關(guān)、鉗位感性電路中，MOSFE的關(guān)斷損耗比IGBT低得多，原因在于IGBT的拖尾電流，這與清除圖1中PNPBJT的少數(shù)載流子有關(guān)。圖7顯示了集電極電流ICE和結(jié)溫Tj的函數(shù)Eoff,其曲線在大多數(shù)IGBT數(shù)據(jù)表中都有提供。這些曲線基于鉗位感性電路且

14、測試電壓相同，并包含拖尾電流能量損耗。3印圖7本圖表顯示IGBT的因及隨ICE及乜的變化圖2顯示了用于測量IGBTEoff的典型測試電路，它的測試電壓，即圖2中的VDD因不同制造商及個別器件的BVCES5異。在比較器件時應(yīng)考慮這測試條件中的VDD因?yàn)樵谳^低的VDD甘位電壓下進(jìn)行測13c和工作將導(dǎo)致Eoff能耗降低。降低柵極驅(qū)動關(guān)斷阻抗對減小IGBTEoff損耗影響極微。如圖1所示，當(dāng)?shù)刃У亩鄶?shù)載流子MOSFET斷時，在IGBT少數(shù)載流子BJT中仍存在存儲時間延遲td(off)Io不過，降低Eoff驅(qū)動阻抗將會減少米勒電容(Millercapacitance)CRE前關(guān)斷VCE勺dv/dt造成的

15、電流注到柵極驅(qū)動回路中的風(fēng)險，避免使器件重新偏置為傳導(dǎo)狀態(tài)，從而導(dǎo)致多個產(chǎn)生Eoff的開關(guān)動作。ZVSffiZCSffi撲在降低MOSFETSIGBT的關(guān)斷損耗方面很有優(yōu)勢。不過ZVS的工作優(yōu)點(diǎn)在IGBT中沒有那么大，因?yàn)楫?dāng)集電極電壓上升到允許多余存儲電荷進(jìn)行耗散的電勢值時，會引發(fā)拖尾沖擊電流Eoff。ZCSffi撲可以提升最大的IGBTEoff性能。正確的柵極驅(qū)動順序可使IGBT柵極信號在第二個集電極電流過零點(diǎn)以前不被清除，從而顯著降低IGBTZCSEoff。MOSFE的Eoff能耗是其米勒電容Crss、柵極驅(qū)動速度、柵極驅(qū)動關(guān)斷源阻抗及源極功率電路路徑中寄生電感的函數(shù)。該電路寄生電感Lx(如圖8所示)產(chǎn)生一個電勢通過限制電流速度下降而增加關(guān)斷損耗。在關(guān)斷時，電流下降速度di/dt由Lx和VGS(th)決定。如果Lx=5nH,VGS(th)=4V,則最大電流下降速度為VGS(th)/Lx=800A/s。Eqi“rVgate1圖3典塞硬開關(guān)應(yīng)用中的柵極驅(qū)動電路總結(jié)：在選用功率開關(guān)器件時，并沒有萬全的解決方案，電路拓?fù)洹⒐ぷ黝l率、環(huán)境溫度和物理尺寸，所有這些約束都會在做出最佳選擇時起著作用。在具有最小Eon損耗的ZVS和