MOS管和IGBT有什麼差別？

2022-03-17 1322

在電子電路中，經常會出現MOS管和IGBT管，它們都可以作為開關元件使用。 MOS管和IGBT管的外觀和特性參數比較相似。那為什麼有的電路用MOS管，有的電路用IGBT管呢？

我們先來看看MOS管和IGBT管的差別。

什麼是MOS管？

場效電晶體（FET）主要有兩種：結型場效電晶體（JFET）和絕緣柵場效電晶體（MOS）。 MOS即MOSFET，中文全名為金屬氧化物半導體場效電晶體。由於這種場效電晶體的閘極被絕緣層隔離，所以也被稱為絕緣柵場效電晶體。

MOSFET可分為N通道耗盡型與增強型；P通道耗盡型與增強型。
MOSFET種類與電路符號
有些MOSFET內部有二極體，這個二極體是體二極體，或是寄生二極體或是續流二極體。

關於寄生二極體的作用有兩種解釋：

MOSFET的寄生二極體是用來防止在VDD過電壓時MOS管燒壞的，因為在過電壓對MOS管造成損壞之前，該二極體先反向擊穿，大電流直接流到地，從而防止MOS管燒壞。
可防止MOS管源漏電反接時燒壞MOS管，也可以在電路有反向感應電壓時為反向感應電壓提供通路，防止反向感應電壓擊穿MOS管。

MOSFET具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特點，在電路中可用作放大器、電子開關等。

什麼是IGBT？

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型電晶體，是由電晶體和MOS管組成的複合半導體元件。

IGBT作為一種新型電子半導體裝置，具有輸入阻抗高、電壓控制功耗小、控制電路簡單、耐高壓、耐受大電流等特點，廣泛應用於各種電子電路。

IGBT的電路符號至今尚未統一，畫原理圖時一般會借用三極管、MOS管的符號。
這時候可以從原理圖標註的型號來判斷是IGBT還是MOS管。同時要注意IGBT是否有體二極體，圖上沒有標註並不代表沒有，除非官方資料有特殊說明，否則這個二極體是存在的。

IGBT內部的體二極體並非寄生的，而是為了保護IGBT脆弱的反向耐壓而特別設定的，又稱為FWD（Free-wheeling Diode）。

要判斷IGBT內部是否有體二極體並不難，可以用萬用電表測量IGBT的C、E極。如果IGBT良好，則測得C、E極的阻值為無窮大，則表示IGBT沒有體二極體。 IGBT非常適合應用於交流馬達、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域。

MOS管和IGBT的結構特點

MOS管和IGBT管的內部結構如下圖所示。

IGBT是在MOSFET的汲極上加一層而成，IGBT的理想等效電路如下圖所示。
IGBT實際上是MOSFET和電晶體三極管的組合，MOSFET的缺點是導通電阻較大，而IGBT克服了這個缺點，並且IGBT在高壓下仍然具有較低的導通電阻。

另外，功率容量相近的IGBT和MOSFET的速度可能會比MOSFET慢，這是因為IGBT有關斷拖尾時間，而IGBT的關斷拖尾時間較長會延長死區時間，進而影響開關頻率。

選擇MOS管或IGBT。

在電路中，選擇MOS管作為功率開關管還是IGBT管是工程師常遇到的問題。若綜合考慮系統的電壓、電流、開關功率等因素，可以總結以下幾點：

從下圖也可以看出，兩者的條件都適用。陰影區域表示MOSFET和IGBT都可以選擇，「？」表示目前製程無法達到的水平。

一般來說，MOSFET的優點是高頻特性好，可以工作在幾百kHz，最高可達MHz的頻率，但缺點是導通電阻大，在高壓大電流場合功耗大。而IGBT在低頻、高功率下性能優異，導通電阻小，耐壓高。

MOSFET應用於開關電源、鎮流器、高頻感應加熱、高頻逆變焊機、通訊電源等高頻電源領域；IGBT廣泛應用於焊機、逆變器、變頻器、電鍍電解電源、超音波感應加熱等領域。

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