PDF《Mosfet 和IGBT 驱动对比的简介》

嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.

1 Application Note AN7008 V0.0 Mosfet 和IGBT 驱动对比的简介 编写:陈浩 审阅:Norman Day [email protected] [email protected] 简述: 一般中低马力的电动汽车电源主要用较低压(低于 72V)的电池组构成. 由于需求的输出电流较高,因此市场上专用型的 Mosfet 模块并不常见,所以 部分设计者可能会存在没有合适的 Mosfet 模块使用,而考虑使用功率 IGBT 模块.本文简单的探讨两种模块驱动设计时必须注意的问题供设计者参考. 常见应用条件划分: 选用 IGBT 或Mosfet 作为功率开关本来就是一个设计工程师最常遇到的 问题.如果从系统的电压、电流和切换功率等因数来考虑,IGBT 和Mosfet 的应用区域可简单的划分如下: 较合适 IGBT 应用的条件(硬开关切换) : 1)切换频率低于 25kHz;

2)电流变化较小的负载;

3)输入电压高于 1000V;

4)高温环境;

5)较大输出功率的负载. 较合适 Mosfet 应用的条件(硬开关切换) : 1)切换频率大于 100kHz ;

2)输入电压低于 250V;

3)较小输出功率的负载. 根据上述描述,可以用图一来更清楚的看出两者使用的条件.图中的斜线 部分表示 IGBT 和Mosfet 在该区域的应用都存在着各自的优势和不足,所以 该区域两者皆可选用.而"?"部分表示目前的工艺尚无法达到的水平.对于 中低马力的电动汽车而言, 其工作频率在 20KHz 以下, 工作电压在 72V 以下, 故IGBT 和Mosfet 都可以选择,所以也是探讨比较多的应用. 2011―04―26 嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.

2 Application Note AN7008 V0.0 图1IGBT 和Mosfet 常见应用区域图 特性对比: Mosfet 和IGBT 在结构上的主要差异来自于高压化的要求,因此也形成 了Mosfet 模块与 IGBT 模块输入特性不同,以下就从结构的角度出发来作一 简要说明.Mosfet 和IGBT 的内部结构如图

2 所示. Mosfet 基本结构 IGBT 基本结构 图2功率 MOSFET 与IGBT 的构造比较 嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD.

3 Application Note AN7008 V0.0 功率 Mosfet 是通过在门极上外加正电压,使p基极层形成沟道,从而 进入导通状态的.此时,由于 n 发射极(源极)层和 n 基极层以沟道为媒介 而导通,Mosfet 的漏极―源极之间形成了单一的半导体.n 基极层的作用是 在关断状态下,维持漏极―源极之间所外加的电压不至于使其击穿.因此需要 承受的电压越高,该层就越厚.需求元件的耐压性能越高,漏极―源极之间的 电阻也就必须越大,所以大电流的应用则通常必须透过并联才能达到. 为了改善 Mosfet 的限制, IGBT 在Mosfet 的基础上追加了 p+层, 所以从 漏极方面来看,它与 n 基极层之间构成了 pn 二极管,大大提高了耐压性能. 如此结构同时形成一个结型场效应管 JFET 来承受大部分电压,让结构中的 Mosfet 不需承受高压, 从而可降低通态电阻的值, 能更容易地实现高压大电流. 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.但是,和Mosfet 有所不同,IGBT 器件中少子也 参与了导电. 所以 IGB 结构虽然使导通压降降低, 但是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 电流就限制了 IGBT 的开关频率. 结合上文所述可以看出 Mosfet 开关损耗小,开关速度快,所以适用于高 频切换的场合;