晶体管主要分为三类:双极晶体管、MOSFETIGBT。下表比较了这些晶体管的性能和特性。由于需要驱动电路和保护电路以及缓慢的开关速度,双极晶体管现在几乎从未用于电力电子和开关应用。取而代之的是,根据所需特性有选择地使用MOSFETIGBT

在低电流区域中,MOSFET的导通电压低于IGBT。但在高电流区域中,IGBT的导通电压则低于MOSFET,特别是在高温条件下。IGBT通常以低于20kHz的开关频率使用,因为其开关损耗大于单极MOSFET

不同类型晶体管的性能比较

不同类型晶体管的性能比较

类型

双极晶体管

MOSFET

IGBT

栅极(基极)驱动

电流驱动

(低输入阻抗)

电压驱动

(高输入阻抗)

电压驱动

(高输入阻抗)

栅极(基极)驱动电路

复杂的开关应用

相对比较简单

相对比较简单

导通电压特性

低VCE(sat)

导通电阻×漏极电流

无内置电压(*1)

低VCE(sat)

有内置电压(*1)

开关时间


(载流子积累效应)

超高速

(单极器件)

高速

(速度高于双极晶体管,但低于MOSFET)

寄生二极管

不存在

存在(体二极管)

仅存在于RC-IGBT中

(*1)内置电压是器件固有的阈值电压。这里的内置电压是指正向阈值电压。

由于IGBT是采用电导率调制的双极开关器件,因此与单极MOSFET相比,其开关速度更低,尤其是其在高温下的关断时间更长。因此,IGBT导致了更高的开关损耗。

但另一方面,IGBT的优点是,即使在大电流和高温下,其也能轻松地实现高耐压,并具有相对较低的导通电压。

因此,使用硅材料制造的IGBTMOSFET分别适合以下应用领域:

  1. MOSFET:低压应用(200V300V
  2. IGBT:高压应用(1200V以上)
  3. IGBTMOSFET用于400V1200V应用范围内的不同用途:
    1IGBT用于开关频率小于20kHz,需具备高过载耐受能力的逆变器应用。
    2MOSFET用于开关频率超过20kHz的逆变器应用。
    3MOSFET用于某些低容量逆变器应用,而IGBT用于软开关和大电流密度应用。应根据其特性正确使用IGBTMOSFET

来源:东芝电子元件

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作者 gan, lanjie