在電子實際應用中,我們會經常看到MOSFET和IGBT,兩者都可以作為開關元件來使用。那為什么在有的電路中用的是MOSFET,有的是IGBT呢?其實,這是因為MOSFET和IGBT內部結構不同,才造就了其應用領域的不同。
今天我們來談談MOSFET和IGBT的區別,主要從以下幾個方面來展開:
1.兩者的定義
2.兩者的工作原理
3.兩者的性能對比
4.兩者的應用分析
5.選型時的注意事項
一、先簡單認識兩者的定義
MOSFET
全稱是金屬-氧化物半導體場效應晶體管,因為這種場效應管的柵極被絕緣層隔離,所以又叫絕緣柵場效應管。
它可以分為四大類:N溝道的耗盡型和增強型MOSFET,P溝道的耗盡型和增強型MOSFET。
特點:輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性,一般用作放大器、電子開關等用途。
IGBT
全稱絕緣柵雙極型晶體管,是由晶體三極管和MOS管組成的復合型半導體器件。
特點:入阻抗高,電壓控制功耗低,控制電路簡單,耐高壓,承受電流大等。常用于應用于如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
二、兩者的工作原理
MOSFET:由源極、漏極和柵極端子組成,是通過改變柵極電壓來控制漏極和源極之間的電流。
當柵極電壓為正時,N型區會形成一個導電通道,電流從漏極流向源極;
當柵極電壓為負時,通道被截止,電流無法通過。
IGBT:由發射極、集電極和柵極端子組成,是通過控制柵極電壓來控制集電極和發射極之間的電流。
當柵極電壓為正時,P型區中會向N型區注入電子,形成一個導電通道,電流從集電極流向發射極;
當柵極電壓為負時,通道被截止,電流則無法通過。
三、兩者的性能對比
功率處理能力
MOSFET:與IGBT相比,MOSFET在低、中等功率的應用中更具優勢,由于MOSFET的結構,通常它可以做到電流很大,可以到上KA程度,但耐壓能力卻沒有IGBT強。
IGBT:在處理高電壓和大電流時有著較高的效率,在高功率應用領域有優越的性能,它可以做很大功率,電流和電壓都可以,但在頻率方面不是太高。
開關速度
MOSFET:MOSFET的開關速度是很快的,這是它很大的優點。MOSFET的工作頻率在工作時可以達到到幾百KHZ,上MHZ,以至幾十MHZ。
IGBT:目前IGBT硬開關速度可以到100KHZ,雖然IGBT的開關速度不及MOSFET,但依舊能提供良好的性能。
導通關斷損耗
MOSFET:在具有最小Eon損耗的ZVS 和 ZCS應用中,由于本身具有較快的開關速度,與IGBT相比它的導通時間更短,MOSFET能夠在較高頻率下工作。
MOSFET的關斷損耗比IGBT低得多,主要是因為IGBT 的拖尾電流,死區時間也要加長。
溫度特性和電壓降
一般情況下,MOSFET的溫度系數比IGBT低,在高溫環境下MOSFET的性能更加穩定。
由于不同的設計原理,IGBT的正向電壓降較MOSFET大。不過在許多應用中,IGBT的高壓降會被其他優點,如高瞬態電壓承受能力和較低的導通損耗所抵消掉。因此在高電壓應用中,IGBT更加適用。
成本方面
IGBT因為制造過程復雜且功率處理能力高,成本高于MOSFET。因此在一些成本敏感的應用,低功率和高開關頻率的應用場景,MOSFET以其較低的成本和靈活性成為工程師的首選。
四、兩者的應用優勢
MOSFET:在高頻開關應用具備優勢
MOSFET的優點決定了它非常適合高頻且開關速度要求高的應用。在開關電源領域中,MOSFET的寄生參數至關重要,它決定了轉換時間、導通電阻、振鈴(開關時超調)和背柵擊穿等性能。
IGBT:在高壓大電流應用具備優勢
IGBT在處理和傳導中至超高電壓和大電流具有極大優勢,由于它擁有非常高的柵極絕緣特性,并且在電流傳導過程中產生非常低的正向壓降,盡管出現浪涌電壓,IGBT的運行也不會受到干擾。
不過,與MOSFET相比,IGBT開關速度較慢,關斷時間較長,不適合高頻應用。
五、選擇MOSFET和IGBT的注意要點:
MOSFET在不同領域選型:
在作為電源開關選擇MOSFET時
1. 要注意其具有極低的導通電阻、低輸入電容以及較高的柵極擊穿電壓,這些參數甚至能夠做到處理電感產生的任何峰值電壓;
2. 漏極和源極之間的寄生電感越低越好,這是因為低寄生電感能夠將開關過程中的電壓峰值降至最低。
在門驅動器或者逆變器應用選擇MOSFET時:
一般選擇低輸入電容(利于快速切換)以及較高驅動能力的MOSFET,保證更好的驅動能力。
IGBT在應用時注意參數選擇:
1.額定電壓:在開關工作的條件下,IGBT的額定電壓通常要高
于直流母線電壓的兩倍;
2.額定電流:由于負載電氣啟動或加速時容易電流過載,要求IGBT在1
分鐘的時間內能夠承受1.5倍的過流;
3.開關速度:這個無須多講,良好的開關速度有利于工作開關發揮更好的性能;
4.柵極電壓:IGBT的工作狀態與正向柵極電壓有著很大關系,一般電壓越高,開關損耗越小,正向壓降也更小。
從以上信息我們可以總結出,MOSFET和IGBT雖然在外形及特性參數也比較相似,但是其應用與作用卻有大不同。
不過一般來說MOSFE和IGBT是沒有本質區別的,我們經常會聽到“是MOSFET好還是IGBT好”這個問題,其實沒有什么選擇性。比如開頭我們提到的有時電路用MOSFET,有時用MOSFET,這是由于兩者在各個應用領域中都有各自特別的優勢來決定的,不能簡單的用好和壞來區分來判定。
同樣,在選擇合適且性能較優的產品也是十分重要的。
〈烜芯微/XXW〉專業制造二極管,三極管,MOS管,橋堆等,20年,工廠直銷省20%,上萬家電路電器生產企業選用,專業的工程師幫您穩定好每一批產品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以直接聯系下方的聯系號碼或加QQ/微信,由我們的銷售經理給您精準的報價以及產品介紹
聯系號碼:18923864027(同微信)
QQ:709211280