Mosfet和IGBT驱动对比的简介.pdf

嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. 2011—04—26 Mosfet 和 IGBT 驱动对比的简介 编写：陈浩 审阅：Norman Day hao.chen@ Norman.Dai@ 简述： 一般中低马力的电动汽车电源主要用较低压（低于 72V ）的电池组构成。 由于需求的输出电流较高，因此市场上专用型的 Mosfet 模块并不常见，所以 部分设计者可能会存在没有合适的 Mosfet 模块使用，而考虑使用功率 IGBT 模块。本文简单的探讨两种模块驱动设计时必须注意的问题供设计者参考。 常见应用条件划分： 选用 IGBT 或 Mosfet 作为功率开关本来就是一个设计工程师最常遇到的 问题。如果从系统的电压、电流和切换功率等因数来考虑，IGBT 和 Mosfet 的应用区域可简单的划分如下： 较合适 IGBT 应用的条件（硬开关切换）： 1 ）切换频率低于25kHz； 2 ）电流变化较小的负载； 3 ）输入电压高于1000V； 4 ）高温环境； 5 ）较大输出功率的负载。 较合适 Mosfet 应用的条件（硬开关切换）： 1 ）切换频率大于100kHz ； 2 ）输入电压低于250V； 3 ）较小输出功率的负载。 根据上述描述，可以用图一来更清楚的看出两者使用的条件。图中的斜线 部分表示 IGBT 和 Mosfet 在该区域的应用都存在着各自的优势和不足，所以 该区域两者皆可选用。而“？”部分表示目前的工艺尚无法达到的水平。对于 中低马力的电动汽车而言，其工作频率在20KHz 以下，工作电压在 72V 以下， 故 IGBT 和 Mosfet 都可以选择，所以也是探讨比较多的应用。 1 Application Note AN7008 V0.0 嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. 图 1 IGBT 和 Mosfet 常见应用区域图 特性对比： Mosfet 和 IGBT 在结构上的主要差异来自于高压化的要求，因此也形成 了 Mosfet 模块与 IGBT 模块输入特性不同，以下就从结构的角度出发来作一 简要说明。Mosfet 和 IGBT 的内部结构如图 2 所示。 Mosfet 基本结构 IGBT 基本结构 图 2 功率 MOSFET 与 IGBT 的构造比较 2 Application Note AN7008 V0.0 嘉兴斯达半导体有限公司 STARPOWER SEMICONDUCTOR LTD. 功率 Mosfet 是通过在门极上外加正电压，使 p 基极层形成沟道，从而 进入导通状态的。此时，由于 n 发射极（源极）层和 n 基极层以沟道为媒介 而导通，Mosfet 的漏极—源极之间形成了单一的半导体。n 基极层的作用是 在关断状态下，维持漏极—源极之间所外加的电压不至于使其击穿。因此需要 承受的电压越高，该层就越厚。需求元件的耐压性能越高，漏极—源极之间的 电阻也就必须越大，所以大电流的应用则通常必须透过并联才能达到。 为了改善 Mosfet 的限制，IGBT 在 Mosfet 的基础上追加了 p+层，所以从 漏极方面来看，它与 n 基极层之间构成了 pn 二极管，大大提高了耐压性能。 如此结构同时形成一个结型场效应管 JFET 来承受大部分电压，让结构中的 Mosfet 不需承受高压，从而可降低通态电阻的值，能更容易地实现高压大电