绝缘栅

MOS管与IGBT管的区别及各自应用特点

发布时间:2025/2/8 11:56:14   
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在电路设计中,MOS管和IGBT管是常见的元件,它们均能作为开关使用,且在外观和特性参数上具有一定相似性。然而,针对不同的电路需求,我们可能会选择使用MOS管或IGBT管。这引发了一个问题:究竟这两者之间有何差异?接下来,我们将深入探讨MOS管与IGBT管的区别。

首先,我们来了解一下MOS管。场效应管包括结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)两大类。MOS管,全称金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),其栅极被绝缘层有效隔离,因此又被称为绝缘栅场效应管。根据不同的特性,MOSFET可分为N沟耗尽型、N沟增强型、P沟耗尽型以及P沟增强型四大类别。如上图所示,MOSFET的种类及其对应的电路符号。值得注意的是,某些MOSFET内部会包含一个二极管,通常被称为体二极管,或寄生二极管、续流二极管。

关于寄生二极管的作用

有两种主要的解释。首先,当VDD过压时,MOSFET的寄生二极管会起到保护作用。在过压导致MOS管受损之前,二极管会先反向击穿,将大电流直接引入地线,从而确保MOS管不会受损。其次,该二极管还能防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管,并在电路中出现反向感生电压时,为其提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。

此外,MOSFET凭借其高输入阻抗、快速开关速度、优良的热稳定性以及电压控制电流等特性,在电路中发挥着重要作用,常被用作放大器、电子开关等核心组件。

接下来,我们来了解另一种重要的电子半导体器件——IGBT

IGBT,即绝缘栅双极型晶体管,是一种结合了晶体三极管和MOS管的复合型半导体器件。它凭借高输入阻抗、低电压控制功耗、简洁的控制电路以及耐高压、大电流承受能力等特性,在各类电子电路中都有着广泛的应用。IGBT的电路符号尚未形成统一标准,因此在绘制原理图时,通常借用三极管或MOS管的符号来表示。然而,要准确区分是IGBT还是MOS管,关键在于原理图上的型号标注。此外,还需留意IGBT是否配备了体二极管。尽管图上未明确标出,但这并不意味着体二极管一定不存在。除非官方资料有明确说明,否则通常认为该二极管是默认存在的。IGBT内部的体二极管,亦被称为FWD(续流二极管),并非寄生存在,而是专为保护IGBT的脆弱反向耐压而精心设计。通过万用表测量IGBT的C极和E极,可以轻松判断其是否存在体二极管。若IGBT状态良好,C、E两极间的电阻值将显示为无穷大,这便意味着该IGBT未配备体二极管。IGBT在交流电机、变频器、开关电源、照明电路以及牵引传动等多个领域中发挥着重要作用。接下来,我们将深入探讨MOS管与IGBT的内部结构特点。IGBT的构造是在MOSFET的漏极上添加了一层,从而形成了这种器件。其理想等效电路如图所示,实际上,IGBT是MOSFET与晶体管三极管的巧妙结合。尽管MOSFET存在导通电阻相对较高的不足,但IGBT却能有效克服这一局限,即便在高压环境下,也能保持较低的导通电阻。此外,值得注意的是,在相似的功率容量下,IGBT的开关速度可能会稍慢于MOSFET。这主要是因为IGBT存在关断拖尾现象,导致死区时间需要相应延长,进而影响到其开关频率。

那么,在实际应用中,工程师们该如何选择呢?是选用MOS管作为功率开关管,还是选择IGBT管呢?这确实是一个需要综合考虑的问题。如果从系统的电压、电流以及切换功率等多个因素出发进行考量,我们可以得出以下几点建议。此外,我们还可以从以下图表中进一步了解MOSFET和IGBT的使用条件。在阴影部分所示的区域,两种器件均可选用;而对于“?”所示的区域,则表示当前工艺水平尚未能达到。总体而言,MOSFET以其出色的高频特性脱颖而出,能够在高达几百kHz、甚至上MHz的频率下工作。然而,其缺点在于导通电阻相对较大,因此在高压大电流环境下功耗会相应增加。相比之下,IGBT在低频及大功率场合下展现出了卓越的性能,其导通电阻小且耐压能力强。因此,MOSFET通常被应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机以及通信电源等高频电源领域。而IGBT则主要被用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源以及超音频感应加热等众多领域。



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