大功率IGBT与MOSFET都属于功率器件,一般都用来当做开关管,本文对这两种器件进行些简要的比较。
电路符号
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor, 绝缘闸双极晶体管)的电路符号如下:
三个极分别称为:
G:Gate,栅极
C:Collector,集电极
E:Emitter,发射极
MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, 金属氧化物半导体场效应管)的电路符号如下:
三个极分别称为:
G:Gate,栅极
D:Drain,漏极
S:Source,源极
结构
IGBT与MOSFET的结构对比如下:
从结构上来说,IGBT可以视为一个MOSFET与一个三极管的组合,即可用下面这个等效电路来表示:
应用特性
一言以蔽之:IGBT高压高功率性能优越,而MOSFET高频性能优越,见下图:
控制方法
二者的驱动电路基本完全相同,可以相互替换。
工作原理
对于MOSFET来说,仅由多子承担的电荷运输没有任何存储效应,因此,很容易实现极短的开关时间。POWER MOSFET其高频特性十分优秀,所以MOSFET可用于较高频率的场合。在低电源电压下动作时之功率损失(POWER LOSS)远低于以往之组件,但是问题是,在高压的”开”状态下的源漏电阻很高(压降高),而且随着器件的电压等级迅速增长(耐压越高导通电阻越大,除了采用COOLMOS管芯的以外)。因而其传导损耗就很高,特别在高功率应用时,很受限制。
和MOSFET有所不同,IGBT器件中少子也参与了导电,IGBT是采用MOS结构的双极器件导通电阻小(发热就少)高耐压,因而可大大降低导通压降。但另一方面,存储电荷的增强与耗散引发了开关损耗、延迟时间(存储时间)、以及在关断时还会引发集电极拖尾电流。同时存在的电流尾巴和较高的IGBT集电极到发射极电压将产生关闭开关损耗,这样就限制了IGBT的上限频率。
总结
MOSFET一般在较低功率应用及较高频应用(即功率<1kW及开关频率≥100kHz)中表现较好,而IGBT则在较低频及较高功率设计中表现卓越。
参考资料
IGBT or MOSFET: Choose Wisely
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT、MOSFET与三极管的区别
IGBT与MOSFET的区别