MOS管和IGBT管有什么区别

在电子电路中,MOS管和IGBT管会经常出现,它们都可以作为开关元件来使用,MOS管和IGBT管在外形及特性参数也比较相似,那为什么有些电路用MOS管?而有些电路用IGBT管?

什么是MOS管

场效应管主要有两种类型,分别是结型场效应管(JFET)绝缘栅场效应管(MOS管)
image.png
MOS管即MOSFET,中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管,由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离,所以又叫绝缘栅场效应管

金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。 MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同,可分为“N型”与“P型” 的两种类型,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称上包括NMOS、PMOS等。 — 百科

MOSFET又可分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类
image.png
MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性,在电路中,可以用作放大器、电子开关等用途。

什么是IGBT管

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。
IGBT作为新型电子半导体器件,具有输入阻抗高,电压控制功耗低,控制电路简单,耐高压,承受电流大等特性,在各种电子电路中获得极广泛的应用。
image.png
IGBT的电路符号至今并未统一,画原理图时一般是借用三极管、MOS管的符号,这时可以从原理图上标注的型号来判断是IGBT还是MOS管。
IGBT非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

MOS管和IGBT管的结构特点

MOS管和IGBT管的内部结构如下:
image.png
IGBT是通过在MOSFET的漏极上追加层而构成的。
IGBT实际就是MOSFET和晶体管三极管的组合,MOSFET存在导通电阻高的缺点,但IGBT克服了这一缺点,在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻。
image.png

相似功率容量的IGBT和MOSFET,IGBT的速度可能会慢于MOSFET,因为IGBT存在关断拖尾时间,由于IGBT关断拖尾时间长,死区时间也要加长,从而会影响开关频率。
image.png
阴影部分区域表示MOSFET和IGBT都可以选用,“?”表示当前工艺还无法达到的水平。
image.png
MOSFET优点是高频特性好,可以工作频率可以达到几百kHz、上MHz,缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大;而IGBT在低频及较大功率场合下表现卓越,其导通电阻小,耐压高。
MOSFET应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机、通信电源等等高频电源领域;IGBT集中应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热等领域。



IGBT在结构上是NPN行MOSFET增加一个P结,即NPNP结构,在原理上是MOS推动的P型BJT
IGBT和MOS是全控器件,是电压型驱动,即通过控制栅极电压来开通或关断器件;可控硅是半控器件,电流型驱动,即给栅极通一定的电流,可以是可控硅开通,但是一旦开通,就不受栅极控制,将栅极的电压电流信号去除,仍然保持开通,只用流过可控硅的电流减小,或可控硅AK两端加反压,才能关断;IGBT和MOS频率可以做到几十上百KHz,但可控硅一般在1KHz以内。
IGBT是电路的核心器件,它可在高压下导通,并在大电流下关断,在硬开关桥式电路中,功率器件IGBT能否正确可靠地使用起着至关重要的作用。驱动电路就是将控制电路输出的PWM信号进行功率放大,以满足驱动IGBT的要求,驱动电路设计的是否合理直接关系到IGBT的安全、可靠使用。IGBT驱动电路还为IGBT器件提供门极过压、短路保护、过流保护、过温保护、Vce过压保护(有源钳位)、门极欠压保护,didt保护(短路过流保护的一种)。


1, 由于MOSFET的结构,通常它可以做到电流很大,可以到上KA,但是前提耐压能力没有IGBT强。
2, GBT可以做很大功率,电流和电压都可以,就是一点频率不是太高,目前IGBT硬开关速度可以到100KHZ,那已经是不错了.不过相对于MOSFET的工作频率还是九牛一毛,MOSFET可以工作到几百KHZ,上MHZ,以至几十MHZ,射频领域的产品.
3, 就其应用,根据其特点:MOSFET应用于开关电源,镇流器,高频感应加热,高频逆变焊机,通信电源等等高频电源领域;IGBT集中应用于焊机,逆变器,变频器,电镀电解电源,超音频感应加热等领域
开关电源 (Switch Mode Power Supply;SMPS) 的性能在很大程度上依赖于功率半导体器件的选择,即开关管和整流器。


功率半导体包括两部分:功率器件和功率IC,其中功率器件是功率半导体分立器件的简称,而功率IC则是将功率半导体分立器件与驱动/控制/保护/接口/监测等外围电路集成而来。
image.png
所有的功率半导体器件都具有处理高电压、大电流的能力,主要用于有大功率处理需求的电力设备的电能变换和控制电路方面,比如:变频、变压、变流、功率管理,电压处理范围从几十V到几千V,电流能力最高可达几千A。
早期的功率半导体是以分立器件的形式出现的,20世纪50年代,功率二极管、功率三极管面世并主要用于工业和电力系统,因此当年的功率半导体又被称为电力电子器件。20世纪60至70年代,晶闸管等半导体功率器件快速发展。20世纪70年代末,平面型功率MOSFET发展起来。20世纪80年代后期,沟槽型功率MOSFET和IGBT逐步面世,此时二极管和晶闸管技术越来越成熟,附加值逐渐变低,国际大厂产能开始向以功率MOSFET、IGBT为代表的功率半导体器件迅速转移,功率半导体正式进入电子应用时代。截至目前,MOSFET和IGBT都还是最主要、价值含量最高、技术壁垒较高的功率器件。但近年来,不断有机构预估以SiC、GaN为代表的第三代半导体材料将站上未来功率半导体主流舞台。
image.png
相对于MOSFET和IGBT器件,GaN器件提供了实质性的改进,包括快速开关时间、低导通电阻、较低的门极电容(例如,GaN的单位门极电荷小于1nC-Ω,而Si的单位门极电荷为4nC-Ω),这些特性可以实现更快的导通和关断,同时减少栅极驱动损耗。GaN还提供了较低的单位输出电容(典型的GaN 器件的单位输出电荷为5nC-Ω,而传统的Si器件为25nC-Ω),这使设计人员能够在不增加开关损耗的同时实现较高的开关频率,更高的开关频率意味着设计人员能够缩小电源系统中磁性元件的尺寸、重量和数量。”

逆导IGBT(Reverse Conducting IGBT ,RC-IGBT)
image.png