晶体管主要分为三类:双极晶体管、MOSFET和IGBT。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MOSFET和IGBT。
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 |
慢 (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IGBT和MOSFET分别适合以下应用领域:
- MOSFET:低压应用(200V至300V)
- IGBT:高压应用(1200V以上)
- IGBT和MOSFET用于400V至1200V应用范围内的不同用途:
(1)IGBT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。
(2)MOSFET用于开关频率超过20kHz的逆变器应用。
(3)MOSFET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IGBT和MOSFET。
来源:东芝电子元件
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