Mosfet 和 IGBT 驅動對比的簡介 簡述：一般中低馬力的電動汽車電源主要用較低壓（低于 72V）的電池組構成。由于需求的輸出電流較高，因此市場上專用型的 Mosfet 模塊并不常見，所以部分設計者可能會存在沒有合适的 Mosfet 模塊使用，而考慮使用功率 IGBT模塊。本文簡單的探讨兩種模塊驅動設計時必須注意的問題供設計者參考。常見應用條件劃分：選用 IGBT 或 Mosfet 作為功率開關本來就是一個設計工程師最常遇到的問題。如果從系統的電壓、電流和切換功率等因數來考慮， IGBT 和 Mosfet的應用區域可簡單的劃分如下：較合适 IGBT 應用的條件（硬開關切換）：1）切換頻率低于 25kHz；2）電流變化較小的負載；3）輸入電壓高于 1000V；4）高溫環境；5）較大輸出功率的負載。較合适 Mosfet 應用的條件（硬開關切換）：1）切換頻率大于 100kHz ；2）輸入電壓低于 250V；3）較小輸出功率的負載。根據上述描述，可以用圖一來更清楚的看出兩者使用的條件。圖中的斜線部分表示 IGBT 和 Mosfet 在該區域的應用都存在着各自的優勢和不足，所以該區域兩者皆可選用。而“？” 部分表示目前的工藝尚無法達到的水平。對于中低馬力的電動汽車而言，其工作頻率在 20KHz 以下，工作電壓在 72V 以下，故 IGBT 和 Mosfet 都可以選擇，所以也是探讨比較多的應用。

特性對比：Mosfet 和 IGBT 在結構上的主要差異來自于高壓化的要求，因此也形成了 Mosfet 模塊與 IGBT 模塊輸入特性不同，以下就從結構的角度出發來作一簡要說明。 Mosfet 和 IGBT 的内部結構如圖 2 所示。

功率 Mosfet 是通過在門極上外加正電壓，使 p 基極層形成溝道，從而進入導通狀态的。此時，由于 n 發射極（源極）層和 n 基極層以溝道為媒介而導通， Mosfet 的漏極—源極之間形成了單一的半導體。 n 基極層的作用是在關斷狀态下，維持漏極—源極之間所外加的電壓不至于使其擊穿。因此需要承受的電壓越高，該層就越厚。需求元件的耐壓性能越高，漏極—源極之間的電阻也就必須越大，所以大電流的應用則通常必須透過并聯才能達到。為了改善 Mosfet 的限制， IGBT 在 Mosfet 的基礎上追加了 p 層，所以從漏極方面來看，它與 n 基極層之間構成了 pn 二極管，大大提高了耐壓性能。如此結構同時形成一個結型場效應管 JFET 來承受大部分電壓，讓結構中的Mosfet 不需承受高壓，從而可降低通态電阻的值，能更容易地實現高壓大電流。對于 Mosfet 來說，僅由多子承擔的電荷運輸沒有任何存儲效應，因此，很容易實現極短的開關時間。但是，和 Mosfet 有所不同， IGBT 器件中少子也參與了導電。所以 IGB 結構雖然使導通壓降降低，但是存儲電荷的增強與耗散引發了開關損耗，延遲時間（存儲時間），以及在關斷時還會引發集電極拖尾電流就限制了 IGBT 的開關頻率。結合上文所述可以看出 Mosfet 開關損耗小，開關速度快，所以适用于高頻切換的場合； IGBT 導通壓降低，耐壓高，所以适用于高壓大功率場合。一以從功耗的角度來說，應用時要注意對于驅動開關頻率、門極電阻和驅動電壓的調節，以符合系統溫升的要求，并且對于系統中的做出調整。一般而言，IGBT的正壓驅動在15V 左右，而 Mosfet 建議在10— 12V 左右；驅動電壓負壓的作用主要是防止關斷中的功率開關管誤導通，同時增加關斷速度。因為 IGBT 具有拖尾電流的特性，而且輸入電容比較大，所以建議在-5— -15V 之間，而 Mosfet因為拖尾電流的特性不明顯，所以建議加-2V 左右的負壓。一般應用工程師所參考的等效電路為圖 3。從等效電路圖中可以看出Mosfet 電路中存在一個寄生的二極管。可在特性曲線圖四中看出， Mosfet 和IGBT 的最大差異的部分是當漏極—源極之間的電壓大于芯片能承受的規定電壓時， Mosfet 就會操作在崩潰區，其機制等效為 Mosfet 的反并聯二極管是一個齊納二極管，當能量超過某一值時， 就會造成齊納擊穿，但除非無法降低漏極的電感，一般不建議操作在崩潰區。

從圖3等效電路圖中可以看出， IGBT 和 Mosfet 差異還在于 IGBT 在導通之前， 存在二極管的順偏導通壓降， 如圖 4 所示（藍色表示 Mosfet 的特性曲線，紅色表示 IGBT 的特性曲線）。所以從圖4中也可以看出部分差異，當模塊在相同小電流條件下正常工作（工作在飽和區）時， IGBT 的導通壓降大于 Mosfet，即 IGBT 的導通損耗大于 Mosfet。綜上所述，對于 Mosfet 和 IGBT 的差異已有簡單的了解，下文将在此基礎上，整理 Mosfet（ IGBT）替換IGBT（ Mosfet）時設計的注意事項。 Mosfet（IGBT）替換 IGBT（Mosfet）時設計注意事項：如原系統功率模塊使用 IGBT，現考慮用 Mosfet 功率模塊替換，原系統的驅動設計需注意的事項如下：1.适當減小栅極電阻，以減小開關損耗，以維持相近的溫升，同時可進一步降低誤導通的可能性；2.檢測 Mosfet 的漏極—源極之間的電壓，相應調整吸收電路，防止崩潰能量過高而擊穿；3.對系統中相關的保護電路做出調整，特别對于過電流保護點等，必須根據規格書所給條件重新設置；4.對于系統中的驅動電壓做出調整。一般建議正壓在 10— 12V 左右，負壓為-2V 左右。如原系統功率模塊使用 Mosfet，現考慮用 IGBT 功率模塊替換，原系統的驅動設計需注意的更改事項如下：1.适當增大栅極電阻，防止過壓擊穿，此操作必然會增加切換損耗，所以必須特别關注模塊溫升，防止模塊溫度過高；2.檢測 IGBT 的栅極—發射極之間的電壓，增大關斷時的負壓值，防止誤導通；3.對系統中相關的保護電路做出調整，特别對于過電流保護點等，必須重新設置；4.對于系統中的驅動電壓做出調整。一般建議正壓在 15 左右，負壓為-5— -15V。總結：通過本文對 Mosfet 和 IGBT 應用區域的大緻劃分的介紹，再從結構到電路再到特性曲線層層劃分和細緻的對比描述， 最後提出了一些驅動設計時的注意事項，希望能對讀者在 Mosfet 和 IGBT 的選擇和驅動設計上有一定的幫助。

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