MOS管和IGBT管有何區(qū)別？在電路中應(yīng)如何選擇？

2020-3-23 10:26:00

在電子電路中，MOS 管和 IGBT 管會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，它們都可以作為開(kāi)關(guān)元件來(lái)使用，MOS 管和 IGBT 管在外形及特性參數(shù)也比較相似，那為什么有些電路用 MOS 管？而有些電路用 IGBT 管？

在電子電路中，MOS 管和 IGBT 管會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，它們都可以作為開(kāi)關(guān)元件來(lái)使用，MOS 管和 IGBT 管在外形及特性參數(shù)也比較相似，那為什么有些電路用 MOS 管？而有些電路用 IGBT 管？

下面我們就來(lái)了解一下，MOS 管和 IGBT 管到底有什么區(qū)別吧！

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什么是 MOS 管？
場(chǎng)效應(yīng)管主要有兩種類型，分別是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS 管）。

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MOS 管即 MOSFET，中文全稱是金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，由于這種場(chǎng)效應(yīng)管的柵極被絕緣層隔離，所以又叫絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。

MOSFET 又可分為 N 溝耗盡型和增強(qiáng)型；P 溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。
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▲ MOSFET 種類與電路符號(hào)

有的 MOSFET 內(nèi)部會(huì)有個(gè)二極管，這是體二極管，或者叫寄生二極管、續(xù)流二極管。

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關(guān)于寄生二極管的作用，有兩種解釋：
1、MOSFET 的寄生二極管，作用是防止 VDD 過(guò)壓的情況下，燒壞 MOS 管，因?yàn)樵谶^(guò)壓對(duì) MOS 管造成破壞之前，二極管先反向擊穿，將大電流直接到地，從而避免 MOS 管被燒壞。

2、防止 MOS 管的源極和漏極反接時(shí)燒壞 MOS 管，也可以在電路有反向感生電壓時(shí)，為反向感生電壓提供通路，避免反向感生電壓擊穿 MOS 管。

MOSFET 具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓控制電流等特性，在電路中，可以用作放大器、電子開(kāi)關(guān)等用途。

什么是 IGBT？
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由晶體三極管和 MOS 管組成的復(fù)合型半導(dǎo)體器件。

IGBT 作為新型電子半導(dǎo)體器件，具有輸入阻抗高，電壓控制功耗低，控制電路簡(jiǎn)單，耐高壓，承受電流大等特性，在各種電子電路中獲得極廣泛的應(yīng)用。

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IGBT 的電路符號(hào)至今并未統(tǒng)一，畫(huà)原理圖時(shí)一般是借用三極管、MOS 管的符號(hào)，這時(shí)可以從原理圖上標(biāo)注的型號(hào)來(lái)判斷是 IGBT 還是 MOS 管。

同時(shí)還要注意 IGBT 有沒(méi)有體二極管，圖上沒(méi)有標(biāo)出并不表示一定沒(méi)有，除非官方資料有特別說(shuō)明，否則這個(gè)二極管都是存在的。

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IGBT 內(nèi)部的體二極管并非寄生的，而是為了保護(hù) IGBT 脆弱的反向耐壓而特別設(shè)置的，又稱為 FWD（續(xù)流二極管）。

判斷 IGBT 內(nèi)部是否有體二極管也并不困難，可以用萬(wàn)用表測(cè)量 IGBT 的 C 極和 E 極，如果 IGBT 是好的，C、E 兩極測(cè)得電阻值無(wú)窮大，則說(shuō)明 IGBT 沒(méi)有體二極管。

IGBT 非常適合應(yīng)用于如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。

MOS 管和 IGBT 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
MOS 管和 IGBT 管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

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IGBT 是通過(guò)在 MOSFET 的漏極上追加層而構(gòu)成的。

IGBT 的理想等效電路如下圖所示，IGBT 實(shí)際就是 MOSFET 和晶體管三極管的組合，MOSFET 存在導(dǎo)通電阻高的缺點(diǎn)，但 IGBT 克服了這一缺點(diǎn)，在高壓時(shí) IGBT 仍具有較低的導(dǎo)通電阻。

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另外，相似功率容量的 IGBT 和 MOSFET，IGBT 的速度可能會(huì)慢于 MOSFET，因?yàn)?IGBT 存在關(guān)斷拖尾時(shí)間，由于 IGBT 關(guān)斷拖尾時(shí)間長(zhǎng)，死區(qū)時(shí)間也要加長(zhǎng)，從而會(huì)影響開(kāi)關(guān)頻率。

選擇 MOS 管還是 IGBT？
在電路中，選用 MOS 管作為功率開(kāi)關(guān)管還是選擇 IGBT 管，這是工程師常遇到的問(wèn)題，如果從系統(tǒng)的電壓、電流、切換功率等因素作為考慮，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

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也可從下圖看出兩者使用的條件，陰影部分區(qū)域表示 MOSFET 和 IGBT 都可以選用，“？”表示當(dāng)前工藝還無(wú)法達(dá)到的水平。

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總的來(lái)說(shuō)，MOSFET 優(yōu)點(diǎn)是高頻特性好，可以工作頻率可以達(dá)到幾百 kHz、上 MHz，缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻大在高壓大電流場(chǎng)合功耗較大；而 IGBT 在低頻及較大功率場(chǎng)合下表現(xiàn)卓越，其導(dǎo)通電阻小，耐壓高。

MOSFET 應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、鎮(zhèn)流器、高頻感應(yīng)加熱、高頻逆變焊機(jī)、通信電源等等高頻電源領(lǐng)域；IGBT 集中應(yīng)用于焊機(jī)、逆變器、變頻器、電鍍電解電源、超音頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域。

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