IGBT、MOSFET与三极管的区别

IGBT、MOSFET与三极管的区别作者：海飞乐技术时间：2017-07-2510:01mos管、igbt、三极管比较，mos开关速度最快，三极管最慢，而igbt内部是靠mos管先开通驱动三极管开通(这个原理决定了它的开关速度比mos慢，比三极管快,和几代技术无关)。mos管的最大劣势是随着耐压升高，内阻迅速增大(不是线性增大)，所以高压下内阻很大，不能做大功率应用。随着技术发展,无论mos管还是igbt管，它们的各种参数仍在优化。目前igbt技术主要是欧美和日本垄断，国内最近2年也几个公司研究工艺，但目前都不算成熟，所以igbt基本都是进口。igbt的制造成本比mos高很多，主要是多了薄片背面离子注入，薄片低温退火(最好用激光退火)，而这两个都需要专门针对薄片工艺的昂贵的机台(wafer一般厚度150um-300um之间)。在低压下igbt相对mos管在电性能和价格上都没有优势，所以基本上看不到低压igbt，并不是低压的造不出来，而是毫无性价比。在600v以上，igbt的优势才明显，电压越高，igbt越有优势，电压越低，mos管越有优势。导通压降，一般低压mos管使用都控制在0.5v以下(基本不会超过1v的)。比如ir4110，内阻4毫欧姆，给它100a的导通电流，导通压降是0.4v左右。mos开关速度快，意味着开关损耗小(开关发热小)，同样电流导通压降低，意味着导通损耗小(还是发热小)。上面说的是低压状况。高压情况就差很多了。开关速度无论高压低压都是mos最快。但高压下mos的导通压降很大，或者说mos管内阻随耐压升高迅速升高，比如600v耐压的coolmos，导通电阻都是几百毫欧姆或几欧姆，这样它的耐流也很小(通过大电流就会烧掉)，一般耐流几安或者几十安培。而igbt在高耐压压下，导通压降几乎没明显增大(原因还是主要导通电流是通过三极管)，所以高压下igbt优势明显，既有高开关速度(尽管比mos管慢，但是开关比三极管快很多)，又有三极管的大电流特性。目前市场上新生代的EUV-X器件的IGBT饱和(导通)压降也能做到1.2V以下了。比先代IGBT的2.7~3.2V下降不少了，几乎与VMOS相差无几了。而IGBT的优点——开关速度高(纳秒级)，通态压降低，开关损耗小(功率损耗是第一代的五分之一)，耐脉冲电流冲击力强，且耐压高，驱动功率小等优点更加突出。已集双极型晶体管(GTR)和单极型MOSFET优点于一身。未来的低成本，低压型(耐压200~300v)的IGBT电动车驱动模块，排除价格因素，普遍应用IGBT模块也应是迟早的事。在需要耐压超过150V的使用条件下，MOS管已经没有任何优势!以典型的IRFS4115为例:VDS-150V，ID-105A(Tj=25摄氏度,这个唬人指标其实毫无实际使用价值)，RDS-11.8m欧姆;与之相对应的即使是第四代的IGBT型SKW30N60对比;都以150V,20A的电流，连续工况下运行，前者开关损耗6mJ/pulse,而后者只有1.15mJ/pulse，不到五分之一的开关损耗!就这点，能为用户省去多少烦恼?要是都用极限工作条件，二者功率负荷相差更悬殊!其实，很多时候，我们的影像中，还停留在多年前的IGBT的概念中。。。更不必比较现在的六，七代及以后的IGBT技术指标了!正因为如此，有大功率需求的诸如冶金，钢铁，高速铁路，船舶等领域已广泛应用IGBT元器件，很少采用MOSFET来作为功率元器件。