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IGBT,MOS管-讨论IGBT和MOS管的区别-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-07-17 

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什么叫MOS管

mos管是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。


什么叫IGBT

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS绝缘栅型场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。我们常见的IGBT又分单管和模块两种,单管的外观和MOS管有点相像,常见生产厂家有富士,仙童等,模块的产品一般内部封装了数个单的IGBT,内部联接成适合的电路。


功率开关管的比较

常用的功率开关有晶闸管、IGBT、场效应管等。其中,晶闸管(可控硅)的开关频率最低约1000次/秒左右,一般不适用于高频工作的开关电路。

1、效应管的特点:

场效应管的突出优点在于其极高的开关频率,其每秒钟可开关50万次以上,耐压一般在500V以上,耐温150℃(管芯),而且导通电阻,管子损耗低,是理想的开关器件,尤其适合在高频电路中作开关器件使用。

但是场效应管的工作电流较小,高的约20A低的一般在9A左右,限制了电路中的最大电流,而且由于场效应管的封装形式,使得其引脚的爬电距离(导电体到另一导电体间的表面距离)较小,在环境高压下容易被击穿,使得引脚间导电而损坏机器或危害人身安全。

2、IGBT的特点:

IGBT即双极型绝缘效应管,符号及等效电路图见图,其开关频率在20KHZ~30KHZ之间。但它可以通过大电流(100A以上),而且由于外封装引脚间距大,爬电距离大,能抵御环境高压的影响,安全可靠。

IGBT和MOS管区别

场效应管逆变焊机的特点

由于场效应管的突出优点,用场效应管作逆变器的开关器件时,可以把开关频率设计得很高,以提高转换效率和节省成本,使用高频率变压器以减小焊机的体积,使焊机向小型化,微型化方便使用。但无论弧焊机还是切割机,它们的工作电流都很大。使用一个场效应管满足不了焊机对电流的需求,一般采用多只并联的形式来提高焊机电源的输出电流。这样既增加了成本,又降低了电路的稳定性和可靠性。

IGBT焊机的特点

IGBT焊机指的是使用IGBT作为逆变器开关器件的弧焊机。由于IGBT的开关频率较低,电流大,焊机使用的主变压器、滤波、储能电容、电抗器等电子器件都较场效应管焊机有很大不同,不但体积增大,各类技术参数也改变了。

IGBT焊机工作原理

1、半桥逆变电路工作原理如图所示

IGBT和MOS管的区别

工作原理:

①tl时间:开关K1导通,K2截止,电流方向如图中①,电源给主变T供电,并给电容C2充电。

②t2时间:开关K1、K2都截止,负截无电流通过(死区)。

③t3时间:开关K1截止,K2导通,电容C2向负载放电。

④t4时间:开关K1、K2均截止,又形成死区。如此反复在负载上就得到了如图12.3的电流,实现了逆变的目的。

2、IGBT焊机的工作原理

①电源供给:

和场效应管作逆变开关的焊机一样,焊机电源由市电供给,经整流、滤波后供给逆变器。

②逆变:

由于IGBT的工作电流大,可采用半桥逆变的形式,以IGBT作为开关,其开通与关闭由驱动信号控制。

③驱动信号的产生:

驱动信号仍然采用处理脉宽调制器输出信号的形式。使得两路驱动信号的相位错开(有死区),以防止两个开关管同时导通而产生过大电流损坏开关管。驱动信号的中点同样下沉一定幅度,以防干扰使开关管误导通。

④保护电路:

IGBT焊机也设置了过流、过压、过热保护等,有些机型也有截流,以保证焊机及人身安全,其工作原理与场效应管焊机相似。

MOS管的主要特性

导通电阻的降低

INFINEON的内建横向电场的MOSFET,耐压600V和800V,与常规MOSFET器件相比,相同的管芯面积,导通电阻分别下 降到常规MOSFET的1/5, 1/10;相同的额定电流,导通电阻分别下降到1/2和约1/3。在额定结温、额定电流条件下,导通电压分别从12.6V,19.1V下降到 6.07V,7.5V;导通损耗下降到常规MOSFET的1/2和1/3。由于导通损耗的降低,发热减少,器件相对较凉,故称COOLMOS。

封装的减小和热阻的降低

相同额定电流的COOLMOS的管芯较常规MOSFET减小到1/3和1/4,使封装减小两个管壳规格。由于COOLMOS管芯厚度仅为常规MOSFET的1/3,使TO-220封装RTHJC从常规1℃/W降到0.6℃/W;额定功率从125W上升到208W,使管芯散热能力提高。

开关特性的改善

COOLMOS的栅极电荷与开关参数均优于常规MOSFET,很明显,由于QG,特别是QGD的减少,使COOLMOS的开关时间约为常 规MOSFET的1/2;开关损耗降低约50%。关断时间的下降也与COOLMOS内部低栅极电阻(<1Ω=有关。

抗雪崩击穿能力与SCSOA

目前,新型的MOSFET无一例外地具有抗雪崩击穿能力。COOLMOS同样具有抗雪崩能力。在相同额定电流 下,COOLMOS的IAS与ID25℃相同。但由于管芯面积的减小,IAS小于常规MOSFET,而具有相同管芯面积时,IAS和EAS则均大于常规 MOSFET。

COOLMOS的最大特点之一就是它具有短路安全工作区(SCSOA),而常规MOS不具备这个特性。 COOLMOS的SCSOA的获得主要是由于转移特性的变化和管芯热阻降低。COOLMOS的转移特性如图所示。从图可以看到,当VGS>8V 时,COOLMOS的漏极电流不再增加,呈恒流状态。特别是在结温升高时,恒流值下降,在最高结温时,约为ID25℃的2倍,即正常工作电流的3-3.5 倍。在短路状态下,漏极电流不会因栅极的15V驱动电压而上升到不可容忍的十几倍的ID25℃,使COOLMOS在短路时所耗散的功率限制在 350V×2ID25℃,尽可能地减少短路时管芯发热。管芯热阻降低可使管芯产生的热量迅速地散发到管壳,抑制了管芯温度的上升速度。因 此,COOLMOS可在正常栅极电压驱动,在0.6VDSS电源电压下承受10ΜS短路冲击,时间间隔大于1S,1000次不损坏,使COOLMOS可像 IGBT一样,在短路时得到有效的保护。

IGBT和MOS管的区别


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