MOSFET和IGBT的對比

2021-10-23 10:39:43 字數 1825 閱讀 9027

mosfet(metal oxide semiconductor field effect transistor)全稱金屬-氧化物半導體場效應電晶體。

首先以我們最常用的n溝道增強型mosfet進行分析

電氣符號如上圖所示

總共有三個電極s(source)源極,d(drain)漏極,g(grid)柵極,如圖所示,其中p區是乙個雜誌濃度低的p型矽材料作為襯底,其上有兩處高摻雜的n型區域,分別通過金屬鋁(圖中棕黃色)引出作為漏極和源極,通常將襯底和源極接在一起使用。相互隔離的兩個n區的表面覆蓋有金屬氧化物sio2絕緣層,柵極與其他兩個電極被絕緣開來,因此該結構稱之為絕緣柵型

當外部不加電壓時,內部可視為兩個反向的pn結,無法導電;當gs兩端施加乙個電壓ugs>0時,對於p型襯底,靠近柵極g的空穴因為外電場的作用移動到下方,上方留下了很多自由電子,當增大到某乙個值ugs(th)時,此時外電場增強到吸引的電子數超過該處的空穴數以後(所以稱之為增強型),與左右兩邊的高摻雜n區一起,形成了乙個電子的導電溝道(所以稱之為n型),如下圖所示。此時如果uds間加正向電壓則將產生漏極電流。

p型襯底和漏極n區相當於乙個pn結,因此mos都帶有反向寄生二極體,p型襯底和源極n去短接,因此這裡的pn結不存在。

用作開關管時mos管工作於可變電阻區,此時mos管外特性可等效為乙個很小的電阻,電阻大小受gs兩端電壓控制,要是mos管工作於可變電阻區需要對外電路進行分析,一般應外加柵源電壓vgs大於外電路負載線與最小電阻線交點所確定的臨界柵源電壓ugs(th)(具體可見陳堅電力電子學第三版p45)

igbt(insulated gate bipolar transistor)全稱絕緣門極雙極型電晶體。是由bjt(雙極結型三極體)和mosfet(絕緣柵型場效電晶體)組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。電路符號如下圖所示。

igbt也有三個電極,柵極g、發射極e和集電極c,其簡化等效電路如下所示,可以看成乙個n溝道mosfet和pnp型電晶體以達林頓形式復合而成

當uge=0時,mosfet管內無導電溝道,mosfet處於斷態,ic=0,;當uge>0時,提供了電晶體的基極電流id,控制了igbt集電極電流ic,當uge足夠大時,t1飽和導通,igbt進入通態。

兩者都屬於電壓控制型器件。

mosfet通、斷驅動控制功率很小,開關速度快,但是通態壓降大,導通損耗大,難以製成高壓大電流器件。

電力電晶體bjt通、斷驅動控制功率很大,開關速度不夠快,但通態壓降小,可以製成較高電壓和較大電流的開關元件。

因此igbt結合了兩者的優點:高輸入阻抗,電壓控制、驅動功率小,開關速度快,工作頻率一般小於mosfet大於電力電晶體,可達到10-40khz。

應用場景

mosfet:高頻低壓小功率

igbt:中低頻高壓大功率

一般igbt的驅動電壓比mos管高一些

IGBT最基礎的東西

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mu c 是乙個常數,與工藝相關,單位 a v 2 延伸 2 epsilon times epsilon 在 v v v 時,i 達到峰值 而當 v 2 v v 則 特性曲線會更加接近直線,不考慮 v 2 則有 此時稱為深三極體區,如乙個可控的線性電阻,導通電阻為 飽和區顧名思義 i 不再增大,但實...