MOSFET与IGBT选择哪个好？看看他们的本质区别就知道了-电子技术方案|电路图讲解

MOSFET和IGBT内部结构不同，决定了其应用领域的不同。

  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、IGBT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。   虽然没有万全的方案来解决选择IGBT还是MOSFET的问题，但针对特定SMPS应用中的IGBT 和 MOSFET进行性能比较，确定关键参数的范围还是能起到一定的参考作用。   本文将对一些参数进行探讨，如硬开关和软开关ZVS (零电压转换) 拓扑中的开关损耗，并对电路和器件特性相关的三个主要功率开关损耗—导通损耗、传导损耗和关断损耗进行描述。此外，还通过举例说明二极管的恢复特性是决定MOSFET 或 IGBT导通开关损耗的主要因素，讨论二极管恢复性能对于硬开关拓扑的影响。   导通损耗 除了IGBT的电压下降时间较长外，IGBT和功率MOSFET的导通特性十分类似。由基本的IGBT等效电路(见图1)可看出，完全调节PNP BJT集电极基极区的少数载流子所需的时间导致了导通电压拖尾(voltage tail)出现。

 这种延迟引起了类饱和 (Quasi-saturation) 效应，使集电极/发射极电压不能立即下降到其VCE(sat)值。这种效应也导致了在ZVS情况下，在负载电流从组合封装的反向并联二极管转换到 IGBT的集电极的瞬间，VCE电压会上升。IGBT产品规格书中列出的Eon能耗是每一转换周期Icollector与VCE乘积的时间积分，单位为焦耳，包含了与类饱和相关的其他损耗。其又分为两个Eon能量参数，Eon1和Eon2。Eon1是没有包括与硬开关二极管恢复损耗相关能耗的功率损耗;Eon2则包括了与二极管恢复相关的硬开关导通能耗，可通过恢复与IGBT组合封装的二极管相同的二极管来测量，典型的Eon2测试电路如图2所示。IGBT通过两个脉冲进行开关转换来测量Eon。第一个脉冲将增大电感电流以达致所需的测试电流，然后第二个脉冲会测量测试电流在二极管上恢复的Eon损耗。

 在硬开关导通的情况下，栅极驱动电压和阻抗以及整流二极管的恢复特性决定了Eon开关损耗。对于像传统CCM升压PFC电路来说，升压二极管恢复特性在Eon (导通) 能耗的控制中极为重要。除了选择具有最小Trr和QRR的升压二极管之外，确保该二极管拥有软恢复特性也非常重要。软化度 (Softness)，即tb/ta比率，对开关器件产生的电气噪声和电压尖脉冲 (voltage spike) 有相当的影响。某些高速二极管在时间tb内，从IRM(REC)开始的电流下降速率(di/dt)很高，故会在电路寄生电感中产生高电压尖脉冲。这些电压尖脉冲会引起电磁干扰(EMI)，并可能在二极管上导致过高的反向电压。   在硬开关电路中，如全桥和半桥拓扑中，与IGBT组合封装的是快恢复管或MOSFET体二极管，当对应的开关管导通时二极管有电流经过，因而二极管的恢复特性决定了Eon损耗。所以，选择具有快速体二极管恢复特性的MOSFET十分重要。不幸的是，MOSFET的寄生二极管或体二极管的恢复特性比业界目前使用的分立二极管要缓慢。因此，对于硬开关MOSFET应用而言，体二极管常常是决定SMPS工作频率的限制因素。   一般来说，IGBT组合封装二极管的选择要与其应用匹配，具有较低正向传导损耗的较慢型超快二极管与较慢的低VCE(sat)电机驱动IGBT组合封装在一起。相反地，软恢复超快二极管，可与高频SMPS2开关模式IGBT组合封装在一起。   除了选择正确的二极管外，设计人员还能够通过调节栅极驱动导通源阻抗来控制Eon损耗。降低驱动源阻抗将提高IGBT或MOSFET的导通di/dt及减小Eon损耗。Eon损耗和EMI需要折中，因为较高的di/dt 会导致电压尖脉冲、辐射和传导EMI增加。为选择正确的栅极驱动阻抗以满足导通di/dt 的需求，可能需要进行电路内部测试与验证，然后根据MOSFET转换曲线可以确定大概的值 (见图3)。     

 假定在导通时，FET电流上升到10A，根据图3中25℃的那条曲线，为了达到10A的值，栅极电压必须从5。2V转换到6。7V，平均GFS为10A/(6。7V-5。2V)=6。7mΩ。     公式1 获得所需导通di/dt的栅极驱动阻抗   把平均GFS值运用到公式1中，得到栅极驱动电压Vdrive=10V，所需的 di/dt=600A/μs，FCP11N60典型值VGS(avg)=6V，Ciss=1200pF;于是可以计算出导通栅极驱动阻抗为37Ω。由于在图3的曲线中瞬态GFS值是一条斜线，会在Eon期间出现变化，意味着di/dt也会变化。呈指数衰减的栅极驱动电流Vdrive和下降的Ciss作为VGS的函数也进入了该公式，表现具有令人惊讶的线性电流上升的总体效应。   同样的，IGBT也可以进行类似的栅极驱动导通阻抗计算，VGE(avg) 和 GFS可以通过IGBT的转换特性曲线来确定，并应用VGE(avg)下的CIES值代替Ciss。计算所得的IGBT导通栅极驱动阻抗为100Ω，该值比前面的37Ω高，表明IGBT GFS较高，而CIES较低。这里的关键之处在于，为了从MOSFET转换到IGBT，必须对栅极驱动电路进行调节。                                                  

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新型密封盖板技术将为超级电容和双电层电容开启更丰富的设计可能性，实现高电容及耐高温。 

  随着当今世界电子设备和系统的不断发展，铝电解电容因其重要的电存储功能越来越受到市场的亲睐。对电容技术及性能提高的要求正不断升高，电动车、大功率系统、可再生能源、国防和航空航天以及重工业等领域都依靠铝电容来满足高电力需求。   铝电解电容高效可靠，但其性能也常常受到电容的外壳设计和所用材料的限制。例如，不完美的封装端子易发生湿气渗透，久而久之导致电解液干涸及性能下降。为了抵消这些性能损耗，通常会采用‘过大’设计的电容或选择使用数个电容 — 从成本控制及空间管理角度考虑，这些都不是最理想的解决方案。   电容的开创性发展 所属国际科技技术集团德国肖特（SCHOTT AG）的电子封装事业部创新的解决方案可防止电容电解液干涸，实现持久可靠的高性能。凭借在玻璃-金属封装（GTMS：Glass-to-metal sealing）领域长达75年的经验，肖特正全新推介玻璃-铝封装（GTAS）生产技术，实为首创。   目前，电容密封端子通常使用聚合物材料。长期使用后，有机聚合物易发生老化，变得脆弱，最终导致气密性降低。密封不稳妥处，湿气易渗透到电池内部，引起电解液蒸发及电容量的大幅下降。

 GTAS电容盖板

 完全气密密封保护电容不受湿气入侵，消除电解液的干涸  

可信赖的气密端子的优势 电容盖板具有解决电解液泄漏问题的核心功效。肖特-德国兰茨胡特的研发负责人Helmut Hartl，对电容GTAS技术的优势给予以下详细的介绍： “我们采用特种玻璃材料来取代聚合物或其它有机化合物进行气密封装，然后再将密封端子封接到铝盖板上。具有气密性的玻璃-铝密封端子保护电容不受湿气入侵的同时，能消除电解液的干涸。”   GTAS技术前所未有的提升了电容的可靠性和使用寿命，同时还缔造了无限的客户定制可能性。气密封装玻璃盖板广泛的应用包括：径向、轴向、卡入式、超级电容和双电层电容等。并包括小款或大型的电容设计。  

能够承受极端条件 达到行业标准的同时，亦可在许多严苛环境下安全应用长达几十年的玻璃-金属密封件，防止铝电容电解液流失的同时，仍具有许多其他的产品优势。玻璃-金属密封可承受-40 oC ~ +150 oC的环境温度，在某些条件下，甚至可达到更宽的温度范围。玻璃密封件的气密特性使得标准规格的研发成为可能，缩小电容体积的同时提高电容量，延长电容的备用期和使用寿命。   Hartl先生分享了他对电容GTAS技术的展望：“这是整个电容发展进程中，一段令人激动人心的时期。用于电动汽车和可再生能源等新能源应用的电容需求正日益增长。GTAS技术恰逢其时，提供更可靠、更持久的电力存储性能，塑造我们未来全新的生活。”                                            

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