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IGBT和MOS实力对撞：应用大对比
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作者:
admin
时间:
2019-9-27 15:07
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IGBT和MOS实力对撞：应用大对比
在电源设计中总是躲不过IGBT和MOS的选用，那么这两者之间有什么区别？这两种设计理念在实际应用中有什么不同？今天电源Fan的小编就来为大家盘点下IGBT和MOS之间的主要差别及其主要应用场景。
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低电压情况IGBT的应用，在大功率应用中占优势，由于Vce在高压大电流时损耗比MOS的Rdson的低。但是IGBT的开关损耗比较大，所以目前仍旧在一些中低频应用比较多，集中在20KHz左右。MOS的应用，在中小功率中比较占优势，特别是高的开关频率。在低压下 IGBT相对MOS管没任何优势。
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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。
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从开关速度来看，目前MOS管最快，IGBT较慢，大概慢一个数量级，因为IGBT原理是MOS管驱动三极管，MOS要先导通然后导通电流驱动三极管导通，三极管导通比MOS慢很多。 导通压降，一般低压MOS管使用都控制在0.5v以下。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。
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MOS开关速度快，意味着开关损耗小，同样电流导通压降低，意味着导通损耗小。 开关损耗低，劣势是雪崩能量低。如果这个MOS管本来开关时间20ns，当然开关损耗很大。另外同样电流下，低压IGBT没性价比。所以一般IGBT击穿电压起步是600v的。600v以上优势明显。MOS管最高电压一般也在600v-650v，这时要用cool MOS技术降低导通电阻。
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高压情况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，所以高压下IGBT优势明显，既有高开关速度，又有三极管的大电流特性。
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IGBT PK MOSFET ,需要耐压超过150V的使用条件，MOS管已经没有任何优势！以典型的IRFS4115为例：VDS-150V，ID-105A，RDS-11.8 m 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！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，而已经很少采用MOSFET来作为功率元器件。
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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，而这两个都需要专门针对薄片工艺的昂贵的机台。
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IGBT相对于MOS的优点MOS管的最大劣势是随着耐压升高，内阻迅速增大，所以高压下内阻很大，不能做大功率应用。
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IGBT具有电导调制能力，相对于功率MOSFET和双极晶体管具有较强的正向电流传导密度和低通态压降。因此可实现更小的芯片尺寸，并降低成本。由于输入是MOS栅结构，需要的驱动功率低，驱动电路简单。相对于电流控制元件，控制更简单，适合于高电压大电流的应用。在输出特性方面，相对于双极晶体管，IGBT具有优异的电流传导能力。还具有优良的正向和反向电压阻断能力。
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IGBT相对于MOS的缺点由于少数载流子的原因，集电极会形成拖尾电流，导致IGBT较慢的关断速度。IGBT内部形成了PNPN晶闸管的结构，可能会导致擎住效应。
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MOS开关速度极快，耐冲击性好，故障率低。电导率负温度系数，扩展性好。大功率应用时，成本不敏感，低压大电流是MOS的强项。IGBT耐压比MOS容易做高，不易被二次击穿而失效，易于高压应用领域。
综上所述，IGBT与MOS之间的主要差别可以总结为以下三点：
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1.MOS的结电容比较大，应尽量零电压开通减少损耗，开关速度最快。IGBT有电流拖尾现象，应尽量零电流关断减少损耗。
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2.IGBT的应用，在大功率应用中占优势， MOS的应用，在中小功率中比较占优势，特别是高的开关频率。
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3.串并联的使用：MOSFET的导通电阻都是正温度系数的，很容易实现并联使用。有的IGBT饱和压降是负温度系数的，有的IGBT饱和压降是正温度系数的。负温度系数饱和压降的IGBT并联使用难于均流，所以，不宜并联使用。正温度系数饱和压降的IGBT可以并联使用，能够达到好的均流效果。
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