MOS管和IGBT管有什么区别?

发布时间:2024-02-27 10:53
作者:AMEYA360
来源:网络
阅读量:3008

  在电路设计中,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? 下面我们就来了解一下,MOS管和IGBT管到底有什么区别吧!

  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)和绝缘栅场效应管(MOS管)。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  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。 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。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  如上图,MOSFET种类与电路符号。

  有的MOSFET内部会有个二极管,这是体二极管,或者叫寄生二极管、续流二极管。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  关于寄生二极管的作用,有两种解释:

  MOSFET的寄生二极管,作用是防止VDD过压的情况下,烧坏MOS管,因为在过压对MOS管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免MOS管被烧坏。

  防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。

  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?

  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。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  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。 同时还要注意IGBT有没有体二极管,图上没有标出并不表示一定没有,除非官方资料有特别说明,否则这个二极管都是存在的。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  IGBT内部的体二极管并非寄生的,而是为了保护IGBT脆弱的反向耐压而特别设置的,又称为FWD(续流二极管)。 判断IGBT内部是否有体二极管也并不困难,可以用万用表测量IGBT的C极和E极,如果IGBT是好的,C、E两极测得电阻值无穷大,则说明IGBT没有体二极管。

  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的结构特点

  MOS管和IGBT管的内部结构如下图所示。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  IGBT是通过在MOSFET的漏极上追加层而构成的。

  IGBT的理想等效电路如下图所示,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。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  另外,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。选择MOS管还是IGBT?

  在电路中,选用MOS管作为功率开关管还是选择IGBT管,这是工程师常遇到的问题,如果从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑,可以总结出以下几点:

MOS管和IGBT管有什么区别?

  也可从下图看出两者使用的条件,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。

MOS管和IGBT管有什么区别?

  总的来说,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。

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  从计算机芯片到电源管理,从音频放大到高速通信,MOS管的广泛应用推动了现代电子工业的繁荣。已经成为现代电子器件最重要的基础之一。  MOS管的基本原理  MOS管,全称Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应管),属于场效应晶体管的一种。它的工作原理基于电场调控导通通道的原理,通过栅极施加电压,控制源极与漏极之间的电流。  简单来说,MOS管由源极(Source)、漏极(Drain)和栅极(Gate)三部分组成。核心结构包括一层薄薄的氧化层(通常是二氧化硅,SiO₂)和在其上的金属或多晶硅栅极。当在栅极施加电压时,会在半导体基体内部形成导电通道,从而实现源极到漏极的导通或截止。  作用机理  栅极电压形成的电场:栅极电压相对于源极产生电场,调节半导体材料中的载流子浓度。  导通通道的控制:当栅极电压超过一定阈值电压(Vth)时,导电通道在半导体基体内形成,实现源极到漏极的导通。  电流控制:通电状态由栅极电压决定,而不是由源极电压控制,这也是MOSFET的高输入阻抗的原因。  MOS管的结构组成  典型的MOS管结构主要包括以下几个部分:  源极(S):供电子或空穴进入导电通道的端口。  漏极(D):导通的电子或空穴离开的端口。  栅极(G):控制导通状态的电极。  衬底(Substrate):晶体管的基础半导体连接,通常是硅材料。  氧化层(Oxide Layer):在栅极和半导体基体之间形成的绝缘层,通常为二氧化硅。  漂移区和源/漏区:用以形成PN结,确保稳定的导通和截止特性。  在制造过程中,通常采用硅基础上,通过氧化层沉积、光刻、扩散或掺杂等工艺,形成所需结构。  MOS管的类型分类  MOSFET可按照不同标准进行分类,主要包括以下几种:  1. 按工作方式分类  N沟MOSFET(NMOS):通过N型半导体形成导电通道,电子载流子为主要载流子,导通速度快,应用广泛。  P沟MOSFET(PMOS):通过P型半导体形成导电通道,空穴为主要载流子,相比NMOS速度较慢,但具有不同的电路特性。  2. 按极性分类  增强型:在没有栅极电压时,器件处于截止状态,施加正向栅极电压后导通。  耗尽型:在没有栅极电压时已导通,通过加偏压可使器件截止。  3. 按沟道结构分类  平面MOSFET:传统的结构,沟道为平面型。  斗篷MOSFET(FinFET):采用三维结构,沟道呈“鳍”状,增大沟道面积,改善性能。  4. 按导通方式分类  场效应晶体管(MOSFET):最常用。  绝缘栅晶体管(IGBT):结合了MOSFET和 BJT(双极型晶体管)优点,适合高电压、大功率场合。  MOS管的工作特性  1. 阈值电压(Vth)  是指栅极电压达到的临界值,使导通通道形成的最低电压。不同类型、结构的MOSFET其阈值电压不同,影响电路设计。  2. 导通区域  线性区(三极区):栅极电压高于阈值,漏极-源极电压较低,导通,但漏极电流随漏极-源极电压线性变化。  饱和区(数字区):漏极-源极电压高于某一值,电流趋于稳定,是数字电路中的主要工作区域。  3. 转移特性  描述在一定漏极-源极电压下,栅极电压变化引起的漏极电流变化关系。对于强化型N沟MOSFET,其转移特性可以用阈值电压作为参数描述。  4. 漏极-源极电阻  在导通状态下,MOSFET的导通电阻较低,使其成为理想的开关器件。  5. 开关速度  由寄生电容等参数决定,是高速电子电路的基础。  MOS管的应用领域  MOS管广泛应用于各种电子电路中,主要涵盖:  1. 数字电路  微处理器:作为基本开关单元构建逻辑门。  存储器:如DRAM、SRAM中的存储单元。  数字信号处理器(DSP):实现高速开关和运算。  2. 模拟电路  放大器:运用MOSFET的线性区进行信号放大。  电源管理:开关电源、DC-DC转换器。  传感器接口:MOSFET在模拟信号调节中的作用。  3. 电力电子  电机驱动:高效率的开关控制。  逆变器:转换直流为交流能源。  4. 其他特殊应用  光电子、传感器接口:由于其高输入阻抗和快响应。  智能芯片:在智能手机、平板、车载电子中的广泛应用。  MOS管作为现代电子产业的基石器件,以其优异的电性能和广泛的应用成为电子系统中的“核心血管”。从早期的数字电路到现在的智能设备,MOSFET的技术不断革新和优化,推动着电子技术的持续发展。
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