MOSFET与IGBT的区别..

1、MOSFET 与 IGBT 的区别MOSFET 和 IGBT 内部结构不同，决定了其应用领域的不同.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,IXYS有一款 M0SFET,VMM1500-0075P（75V,1500A,0.55 毫欧），这是电流最大的一款；电压高的一款IXFN38N100Q2（1000V,38A）这个是目前推广最多的产品，用于高频感应加热.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，目前英飞凌的新一代 IGBT 硬开关速度可以到 100KHZ,那已经是不错了.不过相对于 MOSFET

2、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（SwitchModePowerSupply；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

3、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一导通损耗、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。SMPSSMPS 的进展的进展一直以来，离线式 SMPS 产业由功率半导体产业的功率元件发展所推动。作为主要的功率开关器件IGBT、功率 MOSFET 和功率二极管正不断改良，相应地也是明显地改善了 SMPS 的效率，减小了尺寸，重量和成本也随之降低。由于器件对应用性能的这种直接影响，SMPS 设

4、计人员必须比较不同半导体技术的各种优缺点以优化其设计。例如，MOSFET般在较低功率应用及较高频应用（即功率1000W 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。为了做出真实的评估,笔者在 SMPS 应用中比较了来自飞兆半导体的 IGBT 器件 FGP20N6S2（属于 SMPS2 系列）和 MOSFET 器件FCP11N60（属于 SuperFET 产品族）。这些产品具有相近的芯片尺寸和相同的热阻抗 R0 0JC，代表了功率半导体产业现有的器件水平。导通损耗导通损耗除了 IGBT 的电压下降时间较长外，IGBT 和功率 MOSFET 的导通特性十分

5、类似。由基本的 IGBT 等效电路（见图 1）可看出，完全调节 PNPBJT 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（voltagetail）出现。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

6、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。图 2 典型的导通能耗 Eon 和关断能耗 Eoff 测试电路在硬开关导通的情况下， 栅极驱动电压和阻抗以及整流二极管的恢复特性决定了 Eon 开关损耗。 对于像传统 CCM 升压 PFC 电路来说，升压二

7、极管恢复特性在 Eon(导通)能耗的控制中极为重要。除了选择具有最小 Trr 和 QRR 的升压二极管之外，确保该二极管拥有软恢复特性也非常重要。软化度(Softness)，即 tb/ta 比率，对开关器件产生的电气噪声和电压尖脉冲(voltagespike)有相当的影响。某些高速二极管在时间 tb 内，从 IRM(REC)开始的电流下降速率(di/dt)很高，故会在电路寄生电感中产生高电压尖脉冲。这些电压尖脉冲会引起电磁干扰(EMI)，并可能在二极管上导致过高的反向电压。在硬开关电路中，如全桥和半桥拓扑中，与 IGBT 组合封装的是快恢复管或 MOSFET 体二极管，当对应的开关管导通时二极

8、管有电流经过，因而二极管的恢复特性决定了 Eon 损耗。所以，选择具有快速体二极管恢复特性的 MOSFET 十分重要，如飞兆半导体的 FQA28N50FFRFETTM。不幸的是，MOSFET的寄生二极管或体二极管的恢复特性比业界目前使用的分立二极管要缓慢。因此，对于硬开关 MOSFET 应用而言，体二极管常常是决定 SMPS 工作频率的限制因素。一般来说，IGBT 组合封装二极管的选择要与其应用匹配，具有较低正向传导损耗的较慢型超快二极管与较慢的低 VCE(sat)电机驱动 IGBT 组合封装在一起。相反地，软恢复超快二极管，如飞兆半导体的StealthTM 系列，可与高频 SMPS2 开关模

9、式 IGBT 组合封装在一起。除了选择正确的二极管外， 设计人员还能够通过调节栅极驱动导通源阻抗来控制 Eon 损耗。 降低驱动源阻抗将提高 IGBT 或 MOSFET 的导通 di/dt 及减小 Eon 损耗。 Eon 损耗和 EMI 需要折中， 因为较高的 di/dt会导致电压尖脉冲、辐射和传导 EMI 增加。为选择正确的栅极驱动阻抗以满足导通 di/dt 的需求，可能需要进行电路内部测试与验证，然后根据 MOSFET 转换曲线可以确定大概的值(见图 3)。假定在导通时，FET 电流上升到 10A,根据图 3 中 25C 的那条曲线，为了达到 10A 的值，栅极电压必须从 5.2V 转换到

10、 6.7V，平均 GFS 为 10A/(6.7V-5.2V)=6.7mQ。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/ps，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 37Q。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。

11、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 100Q，该值比前面的 37Q 高， 表明 IGBTGFS 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。46810孔 s,Gate-SounceVoltage 同图 3MOSFET 的转移特性w1二二二一一诃1D-1D-1 1匸一書-22i71|jiPii!：r,T!；l传导损耗需谨慎在比较额定值

12、为 600V 的器件时，IGBT 的传导损耗一般比相同芯片大小的 600VMOSFET少。这种比较应该是在集电极和漏极电流密度可明显感测，并在指明最差情况下的工作结温下进行的。例如，FGP20N6S2SMPS2IGBT 和 FCP11N60SuperFET 均具有 1C/W 的 R0 0JC 值。图 4 显示了在 125C 的结温下传导损耗与直流电流的关系，图中曲线表明在直流电流大于 2.92A 后，MOSFET 的传导损耗更大。DCoperationFCP11N60MOSFETFGP3UN6S2IGBTIdl：:=2.92ATj=125C图 4 传导损耗直流工作CCMEoostPFCOper

13、ationFCP11N60MOSFETFGP20N6S2IGBTTj=125CVac=85VVbulk=400V图 5CCM 升压 PFC 电路中的传导损耗不过，图 4 中的直流传导损耗比较不适用于大部分应用。同时，图 5 中显示了传导损耗在 CCM(连续电流模式)、升压 PFC 电路，125C 的结温以及 85V 的交流输入电压 Vac 和 400Vdc 直流输出电压的工作模式下的比较曲线。图中，MOSFET-IGBT 的曲线相交点为 2.65ARMS。对 PFC 电路而言，当交流输入电流大于 2.65ARMS 时，MOSFET 具有较大的传导损耗。2.65APFC 交流输入电流等于 MOS

14、FET 中由公式 2 计算所得的 2.29ARMS。MOSFET 传导损耗、I2R，利用公式 2 定义的电流和 MOSFET125C 的 RDS(on)可以计算得出。把 RDS(on)随漏极电流变化的因素考虑在内，该传导损耗还可以进一步精确化，这种关系如图 6所示。图 6FCP11N6O（MOSFET）:RDS（on 随 IDRAIN 和 VGE 的变化一篇名为“如何将功率 MOSFET 的 RDS(on)对漏极电流瞬态值的依赖性包含到高频三相 PWM 逆变器的传导损耗计算中”的 IEEE 文章描述了如何确定漏极电流对传导损耗的影响。作为 ID 之函数，RDS(on)变化对大多数 SMPS 拓

15、扑的影响很小。 例如， 在 PFC 电路中， 当 FCP11N60MOSFET 的峰值电流 ID 为 11A两倍于 5.5A(规格书中 RDS(on)的测试条件)时，RDS(on)的有效值和传导损耗会增加 5%。在 MOSFET 传导极小占空比的高脉冲电流拓扑结构中，应该考虑图 6 所示的特性。如果 FCP11N60MOSFET工作在一个电路中， 其漏极电流为占空比 7.5%的 20A 脉冲(即 5.5ARMS)， 则有效的 RDS(on)将比 5.5A(规格书中的测试电流)时的 0.32 欧姆大 25%。公式 2CCMPFC 电路中的 RMS 电流式 2 中，Iacrms 是 PFC 电路

16、RMS 输入电流；Vac 是 PFC 电路 RMS 输入电压；Vout 是直流输出电压。在实际应用中，计算 IGBT 在类似 PFC 电路中的传导损耗将更加复杂，因为每个开关周期都在不同的 IC上进行。IGBT 的 VCE(sat)不能由一个阻抗表示，比较简单直接的方法是将其表示为阻抗 RFCE 串联一个固定 VFCE 电压，VCE(ICE)=ICEXRFCE+VFCE。于是，传导损耗便可以计算为平均集电极电流与 VFCE 的乘积，加上 RMS 集电极电流的平方，再乘以阻抗 RFCE。图5中的示例仅考虑了CCMPFC电路的传导损耗， 即假定设计目标在维持最差情况下的传导损耗小于15W。以 FC

17、P11N60MOSFET 为例，该电路被限制在 5.8A，而 FGP20N6S2IGBT 可以在 9.8A 的交流输入电流下工作。它可以传导超过 MOSFET70%的功率。1卩DrainCurrentA虽然IGBT的传导损耗较小， 但大多数600VIGBT都是PT(PunchThrough,穿透)型器件。 PT器件具有NTC(负温度系数)特性，不能并联分流。或许，这些器件可以通过匹配器件 VCE(sat)、VGE(TH)(栅射阈值电压)及机械封装以有限的成效进行并联，以使得 IGBT 芯片们的温度可以保持一致的变化。相反地，MOSFET具有 PTC(正温度系数)，可以提供良好的电流分流。关断损

18、耗关断损耗问题尚未结束问题尚未结束在硬开关、钳位感性电路中，MOSFET 的关断损耗比 IGBT 低得多，原因在于 IGBT 的拖尾电流，这与清除图 1 中 PNPBJT 的少数载流子有关。图 7 显示了集电极电流 ICE 和结温 Tj 的函数 Eoff，其曲线在大多数 IGBT 数据表中都有提供。这些曲线基于钳位感性电路且测试电压相同，并包含拖尾电流能量损耗。图 7 本图表显示 IGBT 的 Eoff 随 ICE 及 Tj 的变化图 2 显示了用于测量 IGBTEoff 的典型测试电路，它的测试电压，即图 2 中的 VDD,因不同制造商及个别器件的 BVCES 而异。在比较器件时应考虑这测试

19、条件中的 VDD，因为在较低的 VDD 钳位电压下进行测试和工作将导致 Eoff 能耗降低。降低栅极驱动关断阻抗对减小 IGBTEoff 损耗影响极微。如图 1 所示，当等效的多数载流子 MOSFET 关断时，在 IGBT 少数载流子 BJT 中仍存在存储时间延迟 td(off)I。不过，降低 Eoff 驱动阻抗将会减少米勒电容(Millercapacitance)CRES 和关断 VCE 的 dv/dt 造成的电流注到栅极驱动回路中的风险，避免使器件重新偏置为传导状态，从而导致多个产生 Eoff 的开关动作。ZVS 和 ZCS 拓扑在降低 MOSFET 和 IGBT 的关断损耗方面很有优势。

20、不过 ZVS 的工作优点在 IGBT 中没有那么大，因为当集电极电压上升到允许多余存储电荷进行耗散的电势值时，会引发拖尾冲击电流 Eoff。ZCS 拓扑可以提升最大的 IGBTEoff 性能。正确的栅极驱动顺序可使 IGBT 栅极信号在第二个集电极电流过零点以前不被清除，从而显著降低 IGBTZCSEoff。MOSFET 的 Eoff 能耗是其米勒电容 Crss、栅极驱动速度、栅极驱动关断源阻抗及源极功率电路路径中寄生电感的函数。该电路寄生电感 Lx(如图 8 所示)产生一个电势，通过限制电流速度下降而增加关断损耗。在关断时，电流下降速度 di/dt 由 Lx 和 VGS(th)决定。如果 L

21、x=5nH，VGS(th)=4V,则最大电流下降速度为 VGS(th)/Lx=800A/“s。二ssossoJ JJLOJLOHWNHWN山towtow图 8 典型硬开关应用中的栅极驱动电路总结总结在选用功率开关器件时，并没有万全的解决方案，电路拓扑、工作频率、环境温度和物理尺寸所有这些约束都会在做出最佳选择时起着作用。在具有最小 Eon 损耗的 ZVS 和 ZCS 应用中,OSFET 由于具有较快的开关速度和较少的关断损耗,因此能够在较高频率下工作。对硬开关应用而言，MOSFET 寄生二极管的恢复特性可能是个缺点。相反，由于 IGBT 组合封装内的二极管与特定应用匹配，极佳的软恢复二极管可与

22、更高速的 SMPS 器件相配合。后语：MOSFE 和 IGBT 是没有本质区别的，人们常问的“是 MOSFET 好还是 IGBT 好”这个问题本身就是错误的。至于我们为何有时用 MOSFET，有时又不用 MOSFET 而采用 IGBT，不能简单的用好和坏来区分，来判定，需要用辩证的方法来考虑这个问题。另附网友们的热烈讨论另附网友们的热烈讨论IGBTIGBT 与与 MOSMOS 有什么区别有什么区别!?!?1 帖 liuanjunliuanjun 营长 35562005-04-2212:25我用 3842 做开关电源本打算用 10N60,可送来的是 11N60C3 一查资料原来是 IGBT,不知

23、到是否可用.现在我的电源没输出那位用过的能否介绍介绍.回复 1 帖2 帖 freesoulfreesoul 排长 31792005-04-2213:32igbt 和 mosfet 不一样，由于 igbt 存在电流脱尾，因此 igbt 频率不能太高，同时 igbt 不能加负压加速关断，不象 mosfet 可以加负压加速关断.此外，igbt 还有个电流擎住效应.回复 2 帖3 帖人在旅途人在旅途旅长审*16862005-04-2710:38答得好！回复 3 帖4 帖蒲公英的翅膀蒲公英的翅膀团长*8452005-04-2717:20兄台好像你的说法有点问题吧?？IGBT 可以加负压关断的，而且一般是

24、推荐加负压关断来提高抗干扰能力的！!回复 4 帖5 帖 freesoulfreesoul 排长血1792005-04-2717:24我是说 igbt 不能加负压“加速”关断!回复 5 帖6 帖蒲公英的翅膀蒲公英的翅膀团长*8452005-04-2810:01不好意思可能是我误解了你的意思了！还有,我想问问我的 IGBT 关断时出现非常大的尖峰电压，采用 RCD 吸收好像效果不是很好,能给点建议吗?谢谢！回复 6 帖7 帖 freesoulfreesoul 排长 31792005-04-2815:41用 RCD 吸收网络是可以的，只是参数之间的适配比较难调回复 7 帖8 帖蒲公英的翅膀蒲公英的翅

25、膀团长*8452005-04-2818:33好像是这样,我按照张占松和蔡宣三老师一书上的推荐公式粗略计算好像效果并不是很明显！ ！回复 8 帖9 帖 yeyeshiyeyeshi 排长 3165 十 2005-04-2819:05你好！我有一问题向你请教，我的反击电源开通时尖脉冲也很大,是和引起的？回复 9 帖45 帖溜溜和尚溜溜和尚旅长少 1720 一 2010-07-3108:12在电动轿车上，由于是直流电机负载，电池保护用功率器件用 IGBT 好呢还是用 MOSFET 好？不妨推荐型号和品牌，如下使用情况。电压小于 90V,瞬间电流 400A,3s；持续电流 120A，做普通开关用（非高

26、频）。先谢过了！olympic20080808#回复 45 帖10 帖 ghostghost 团长*13602005-04-2710:58兄台,你画图的功夫实在是令我叹为观止啊,！这样的解释很好,等效原理很一目了然,只是可能结构上来说是模糊了一点！回复 11 帖12 帖ghostghost 团长*13602005-04-2721:38时间仓促而为,省掉了转换过程,什么东西都是画的描述也不清楚.当然可能也没这个必要.回复 12 帖13 帖蒲公英的翅膀蒲公英的翅膀团长*8452005-04-2723:10其实除去从结构的角度来探讨，你的图很能解释了！只是我觉得让我在画图板上能画出来确实有点困难，所

27、以兄台鼠标用得很顺啊回复 13 帖14 帖 ghostghost 团长*13602005-04-2723:26 霍霍还没睡啊你在哪里工作回复 14 帖15 帖蒲公英的翅膀蒲公英的翅膀团长*8452005-04-2810:02 小弟在常州工作,兄台你呢?？回复 15 帖深圳哪家公司?回复 17 帖16 帖 ghostghost 团长*13602005-04-2812:27 深圳呢回复 16 帖17 帖 freesoulfreesoul 排长 31792005-04-2815:4918 帖 ghostghost 团长*1360 九 2005-04-2821:31 和别人合伙做高中频电源的回复 18

28、 帖19 帖蒲公英的翅膀蒲公英的翅膀团长*8452005-04-2818:34好远好远啊！深圳那边好像做开关电源（包括模块）的厂家好像比较多啊！!回复 19 帖20 帖 wdyl699263wdyl699263 连长 uuuu397 七 2005-04-2909:15回复 20 帖43 帖 hotpowerhotpower 营长盒AAA594三 2010-07-0405:01俺以后多学习此法回复 43 帖 21 帖 lqnl981lqnl981 班长A822005-04-2712:08IGBT 通常用在大功率场合,而 M0SFET 用在中小功率场合.另外，IGBT 的通态压降比 M0SFET

29、的小回复 21帖22 帖 ghostghost 团长*13602005-04-2712:22国外有用 M0SFET 做到 1000KW1MHZ 的，主要是速度上的差别.回复 22 帖23 帖人在旅途人在旅途旅长少*16862005-04-2712:26两个观点我都不认同回复 23 帖24 帖世界真奇妙世界真奇妙旅长*24592005-04-2713:163842+10N60 只能做小功率电源,不宜用 IGBT 替代 M0SFET,主要是 IGBT 的开关损耗太大,小功率电源往往没有良好的散热条件.IGBT 与 M0SFET 的不同之处很多,三言两语难于说全.回复 24 帖25 帖人在旅途人在旅

30、途旅长古*16862005-04-2713:25我支持！回复 25 帖26帖 ghostghost 团长*13602005-04-2713:55 只有设计得当就好了回复 26 帖27 帖 freesoulfreesoul 排长盒血 1792005-04-2717:14大家说说 mosfet 与 igbt 的区别吧回复 27 帖28 帖人在旅途人在旅途旅长亩*16862005-04-2717:22一个是正温度系数的电阻性质，随电流温度的增大而端电压增大另一个是压降性的，在一定电流范围内压降随电流变化不大，且随温度的升高而压降降低，驱动一般得有负压支持回复 28 帖29 帖 lqnl981lqnl

31、981 班长822005-04-2717:25IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor）,绝缘栅双级型晶体管，实质是一个场效应晶体管.三个级分别称为：E（发射极），C（集电极），G（栅极）.M0SFET（Metal-Oxide-SemiconductorFiedEffectionTransistor）,三个级分别称为:D（漏极），S（源极），G（栅极）.回复 29 帖30 帖人在旅途人在旅途旅长*16862005-04-2717:26MOSFET 的耐压随温度的升高而升高，最大允许电流则降低IGBT 则可能相反回复 30 帖31 帖人在旅途人在旅途旅长由*16862005-04-2717:45IGBT 的最大允许电流也可能是随温度的升高而下降的，耐压也会下降回复 31 帖32 帖人在