在電子電路中,MOS 管和 IGBT 管會經常出現,它們都可以作為開關元件來使用,MOS 管和 IGBT 管在外形及特性參數也比較相似,那為什么有些電路用 MOS 管?而有些電路用 IGBT 管?
下面我們就來了解一下,MOS 管和 IGBT 管到底有什么區(qū)別吧!
1、什么是 MOS 管?
場效應管主要有兩種類型,分別是結型場效應管(JFET)和絕緣柵場效應管(MOS 管)。
MOS 管即 MOSFET,中文全稱是金屬 - 氧化物半導體場效應晶體管,由于這種場效應管的柵極被絕緣層隔離,所以又叫絕緣柵場效應管。
MOSFET 又可分為 N 溝耗盡型和增強型;P 溝耗盡型和增強型四大類。
▲(MOSFET 種類與電路符號)
有的 MOSFET 內部會有個二極管,這是體二極管,或者叫寄生二極管、續(xù)流二極管。
關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 過壓的情況下,燒壞 MOS 管,因為在過壓對 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燒壞 MOS 管,也可以在電路有反向感生電壓時,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、開關速度快、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、電子開關等用途。
2、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 管組成的復合型半導體器件。
IGBT 作為新型電子半導體器件,具有輸入阻抗高,電壓控制功耗低,控制電路簡單,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用。
IGBT 的電路符號至今并未統(tǒng)一,畫原理圖時一般是借用三極管、MOS 管的符號,這時可以從原理圖上標注的型號來判斷是 IGBT 還是 MOS 管。
同時還要注意 IGBT 有沒有體二極管,圖上沒有標出并不表示一定沒有,除非官方資料有特別說明,否則這個二極管都是存在的。
IGBT 內部的體二極管并非寄生的,而是為了保護 IGBT 脆弱的反向耐壓而特別設置的,又稱為 FWD(續(xù)流二極管)。
判斷 IGBT 內部是否有體二極管也并不困難,可以用萬用表測量 IGBT 的 C 極和 E 極,如果 IGBT 是好的,C、E 兩極測得電阻值無窮大,則說明 IGBT 沒有體二極管。
IGBT 非常適合應用于如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。
3、MOS管和 IGBT的結構特點
MOS 管和 IGBT 管的內部結構如下圖所示:
IGBT 是通過在 MOSFET 的漏極上追加層而構成的。
IGBT 的理想等效電路如下圖所示,IGBT 實際就是 MOSFET 和晶體管三極管的組合,MOSFET 存在導通電阻高的缺點,但 IGBT 克服了這一缺點,在高壓時 IGBT 仍具有較低的導通電阻。
另外,相似功率容量的 IGBT 和 MOSFET,IGBT 的速度可能會慢于 MOSFET,因為 IGBT 存在關斷拖尾時間,由于 IGBT 關斷拖尾時間長,死區(qū)時間也要加長,從而會影響開關頻率。
4、選擇 MOS管還是IGBT?
在電路中,選用 MOS 管作為功率開關管還是選擇 IGBT 管,這是工程師常遇到的問題,如果從系統(tǒng)的電壓、電流、切換功率等因素作為考慮,可以總結出以下幾點:
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,“?”表示當前工藝還無法達到的水平。
總的來說,MOSFET 優(yōu)點是高頻特性好,可以工作頻率可以達到幾百 kHz、上 MHz,缺點是導通電阻大在高壓大電流場合功耗較大;而 IGBT 在低頻及較大功率場合下表現卓越,其導通電阻小,耐壓高。
MOSFET 應用于開關電源、鎮(zhèn)流器、高頻感應加熱、高頻逆變焊機、通信電源等等高頻電源領域;IGBT 集中應用于焊機、逆變器、變頻器、電鍍電解電源、超音頻感應加熱等領域。
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