最常用的开关元件之“MOS管与IGBT管”

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       在电子电路中,MOS 管和 IGBT 管会经常出现,它们都可以作为开关元件来使用,MOS 管和 IGBT 管在外形及特性参数也比较相似,那为什么有些电路用 MOS 管?而有些电路用 IGBT 管?

 

       下面我们就来了解一下,MOS 管和 IGBT 管到底有什么区别吧!

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什么是 MOS 管?

       场效应管主要有两种类型,分别是结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS 管)。

 

 

       MOS 管即 MOSFET,中文全称是金属 - 氧化物半导体场效应晶体管,由于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。

 

       MOSFET 又可分为 N 沟耗尽型和增强型;P 沟耗尽型和增强型四大类。

 

▲ MOSFET 种类与电路符号

 

       有的 MOSFET 内部会有个二极管,这是体二极管,或者叫寄生二极管、续流二极管。

 

 

关于寄生二极管的作用,有两种解释:
       1、MOSFET 的寄生二极管,作用是防止 VDD 过压的情况下,烧坏 MOS 管,因为在过压对 MOS 管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免 MOS 管被烧坏。

 

       2、防止 MOS 管的源极和漏极反接时烧坏 MOS 管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿 MOS 管。

 

       MOSFET 具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性,在电路中,可以用作放大器、电子开关等用途。

 

什么是 IGBT?

       IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),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。

 

       IGBT 作为新型电子半导体器件,具有输入阻抗高,电压控制功耗低,控制电路简单,耐高压,承受电流大等特性,在各种电子电路中获得极广泛的应用。

 

 

       IGBT 的电路符号至今并未统一,画原理图时一般是借用三极管、MOS 管的符号,这时可以从原理图上标注的型号来判断是 IGBT 还是 MOS 管。

 

       同时还要注意 IGBT 有没有体二极管,图上没有标出并不表示一定没有,除非官方资料有特别说明,否则这个二极管都是存在的。

 

 

       IGBT 内部的体二极管并非寄生的,而是为了保护 IGBT 脆弱的反向耐压而特别设置的,又称为 FWD(续流二极管)。

 

       判断 IGBT 内部是否有体二极管也并不困难,可以用万用表测量 IGBT 的 C 极和 E 极,如果 IGBT 是好的,C、E 两极测得电阻值无穷大,则说明 IGBT 没有体二极管。

 

       IGBT 非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

 

MOS 管和 IGBT 的结构特点

       MOS 管和 IGBT 管的内部结构如下图所示。

 

 

       IGBT 是通过在 MOSFET 的漏极上追加层而构成的。

 

       IGBT 的理想等效电路如下图所示,IGBT 实际就是 MOSFET 和晶体管三极管的组合,MOSFET 存在导通电阻高的缺点,但 IGBT 克服了这一缺点,在高压时 IGBT 仍具有较低的导通电阻。

 

 

       另外,相似功率容量的 IGBT 和 MOSFET,IGBT 的速度可能会慢于 MOSFET,因为 IGBT 存在关断拖尾时间,由于 IGBT 关断拖尾时间长,死区时间也要加长,从而会影响开关频率。

 

选择 MOS 管还是 IGBT?

       在电路中,选用 MOS 管作为功率开关管还是选择 IGBT 管,这是工程师常遇到的问题,如果从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑,可以总结出以下几点:

 

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       也可从下图看出两者使用的条件,阴影部分区域表示 MOSFET 和 IGBT 都可以选用,“?”表示当前工艺还无法达到的水平。

 


       总的来说,MOSFET 优点是高频特性好,可以工作频率可以达到几百 kHz、上 MHz,缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大;而 IGBT 在低频及较大功率场合下表现卓越,其导通电阻小,耐压高。

 

       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。

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