IGBT,MOS管-讨论(lun)IGBT和(he)MOS管的区别-KIA MOS管
信息来(lai)源:本站 日期:2018-07-17
mos管是(shi)(shi)金(jin)(jin)属(shu)(metal)—氧化(hua)物(oxide)—半(ban)导体(semiconductor)场(chang)效应晶体管,或者称(cheng)是(shi)(shi)金(jin)(jin)属(shu)—绝缘体(insulator)—半(ban)导体。MOS管的(de)(de)source和drain是(shi)(shi)可以(yi)对调的(de)(de),他们都是(shi)(shi)在P型(xing)backgate中形成的(de)(de)N型(xing)区。在多(duo)数(shu)情况下,这(zhei)个两个区是(shi)(shi)一样(yang)的(de)(de),即使两端对调也不(bu)会影响器件(jian)的(de)(de)性能。这(zhei)样(yang)的(de)(de)器件(jian)被认为是(shi)(shi)对称(cheng)的(de)(de)。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝(jue)缘(yuan)栅(zha)双(shuang)极(ji)(ji)型晶体(ti)管(guan),是由BJT(双(shuang)极(ji)(ji)型三极(ji)(ji)管(guan))和MOS绝(jue)缘(yuan)栅(zha)型场(chang)效应(ying)管(guan)组(zu)成的复合(he)全控型电(dian)(dian)压(ya)驱(qu)动式功(gong)率半导(dao)体(ti)器件(jian), 兼(jian)有(you)MOSFET的高输入阻抗和GTR的低(di)导(dao)通压(ya)降(jiang)两方面的优(you)点。GTR饱和压(ya)降(jiang)低(di),载流密度大(da)(da),但驱(qu)动电(dian)(dian)流较大(da)(da);MOSFET驱(qu)动功(gong)率很小,开关速度快,但导(dao)通压(ya)降(jiang)大(da)(da),载流密度小。IGBT综合(he)了(le)(le)以上两种(zhong)器件(jian)的优(you)点,驱(qu)动功(gong)率小而饱和压(ya)降(jiang)低(di)。我们常(chang)见(jian)的IGBT又分(fen)单管(guan)和模块两种(zhong),单管(guan)的外观和MOS管(guan)有(you)点相(xiang)像,常(chang)见(jian)生产(chan)(chan)厂家有(you)富(fu)士(shi),仙童等,模块的产(chan)(chan)品一(yi)般内部(bu)封装了(le)(le)数个(ge)单的IGBT,内部(bu)联接成适合(he)的电(dian)(dian)路。
常用的(de)功率开(kai)(kai)关(guan)有晶闸(zha)管、IGBT、场效应管等。其中,晶闸(zha)管(可控(kong)硅)的(de)开(kai)(kai)关(guan)频率最低约1000次/秒左右,一般(ban)不适用于高频工作(zuo)的(de)开(kai)(kai)关(guan)电路(lu)。
1、效应管的(de)特点(dian):
场(chang)效应(ying)管(guan)的突(tu)出(chu)优点在于其极高的开(kai)关(guan)(guan)频(pin)率,其每秒(miao)钟可(ke)开(kai)关(guan)(guan)50万次以上,耐压(ya)一(yi)般(ban)在500V以上,耐温150℃(管(guan)芯(xin)),而且导(dao)通电阻,管(guan)子损耗(hao)低,是理想的开(kai)关(guan)(guan)器(qi)件,尤其适合(he)在高频(pin)电路中作开(kai)关(guan)(guan)器(qi)件使用。
但是场(chang)效应管的(de)工作电(dian)(dian)(dian)流较(jiao)小(xiao),高(gao)的(de)约20A低的(de)一(yi)般在9A左右,限制(zhi)了(le)电(dian)(dian)(dian)路(lu)中的(de)最大(da)电(dian)(dian)(dian)流,而且由于场(chang)效应管的(de)封装形式(shi),使得(de)其(qi)引脚的(de)爬电(dian)(dian)(dian)距离(导电(dian)(dian)(dian)体到另一(yi)导电(dian)(dian)(dian)体间(jian)的(de)表面距离)较(jiao)小(xiao),在环境高(gao)压下容(rong)易被击穿,使得(de)引脚间(jian)导电(dian)(dian)(dian)而损坏机器或危(wei)害人(ren)身安(an)全。
2、IGBT的特点:
IGBT即双极型绝缘效应管,符号及等(deng)效电路图见图,其开关频率(lv)在20KHZ~30KHZ之(zhi)间(jian)。但它可以通(tong)过大电流(100A以上),而且由于外封装引脚(jiao)间(jian)距(ju)大,爬电距(ju)离(li)大,能(neng)抵(di)御环境高压的影响(xiang),安全可靠。
由于场效应(ying)管的(de)(de)突(tu)出优点,用(yong)场效应(ying)管作(zuo)逆变(bian)器(qi)的(de)(de)开(kai)(kai)关(guan)器(qi)件(jian)时(shi),可(ke)以把开(kai)(kai)关(guan)频率(lv)设计得很高,以提高转(zhuan)换效率(lv)和(he)节(jie)省成本,使用(yong)高频率(lv)变(bian)压器(qi)以减小焊机的(de)(de)体积,使焊机向(xiang)小型化,微型化方便(bian)使用(yong)。但无论弧焊机还是切(qie)割机,它们的(de)(de)工作(zuo)电流(liu)都很大。使用(yong)一(yi)个场效应(ying)管满(man)足(zu)不了(le)焊机对电流(liu)的(de)(de)需求,一(yi)般采(cai)用(yong)多只并联的(de)(de)形(xing)式(shi)来提高焊机电源的(de)(de)输出电流(liu)。这(zhei)样(yang)既增加了(le)成本,又降低(di)了(le)电路的(de)(de)稳定(ding)性(xing)和(he)可(ke)靠性(xing)。
IGBT焊(han)(han)机(ji)指(zhi)的(de)是使(shi)用IGBT作为逆变(bian)器(qi)开关(guan)器(qi)件的(de)弧焊(han)(han)机(ji)。由于(yu)IGBT的(de)开关(guan)频率较低,电(dian)(dian)(dian)流大,焊(han)(han)机(ji)使(shi)用的(de)主变(bian)压器(qi)、滤波、储能电(dian)(dian)(dian)容、电(dian)(dian)(dian)抗器(qi)等电(dian)(dian)(dian)子器(qi)件都较场(chang)效应管焊(han)(han)机(ji)有(you)很(hen)大不(bu)同,不(bu)但体(ti)积增大,各类技术参数(shu)也改变(bian)了(le)。
1、半(ban)桥逆变电路工作(zuo)原理(li)如图(tu)所示(shi)
工(gong)作原理:
①tl时间:开关K1导通,K2截(jie)止,电(dian)流方向(xiang)如图中①,电(dian)源给(ji)主变T供电(dian),并(bing)给(ji)电(dian)容C2充(chong)电(dian)。
②t2时间:开关K1、K2都截止(zhi),负截无电流通过(guo)(死区)。
③t3时间:开关K1截(jie)止,K2导(dao)通,电容C2向负载放电。
④t4时(shi)间:开关K1、K2均(jun)截止,又形(xing)成死区(qu)。如此反复在负载上就得到了(le)如图12.3的电流,实(shi)现了(le)逆(ni)变(bian)的目的。
2、IGBT焊机的工作原理
①电源供给:
和场效(xiao)应管(guan)作逆变(bian)开关的焊(han)机一样,焊(han)机电(dian)源由市电(dian)供给(ji),经(jing)整流、滤波后供给(ji)逆变(bian)器(qi)。
②逆变(bian):
由于IGBT的工(gong)作(zuo)电流(liu)大,可(ke)采(cai)用(yong)半桥逆变的形(xing)式,以IGBT作(zuo)为(wei)开(kai)关,其开(kai)通与关闭由驱动信号(hao)控制。
③驱动信号(hao)的产生(sheng):
驱动信(xin)号仍(reng)然采(cai)用处(chu)理脉宽调制器输(shu)出信(xin)号的(de)(de)形式。使(shi)得(de)两路驱动信(xin)号的(de)(de)相位错开(有死区(qu)),以防(fang)止两个开关(guan)管(guan)同时(shi)导通而(er)产(chan)生过大电(dian)流损(sun)坏开关(guan)管(guan)。驱动信(xin)号的(de)(de)中(zhong)点同样(yang)下沉(chen)一(yi)定(ding)幅度,以防(fang)干(gan)扰(rao)使(shi)开关(guan)管(guan)误导通。
④保护电路:
IGBT焊机(ji)也设置了过(guo)(guo)流、过(guo)(guo)压、过(guo)(guo)热保(bao)护等(deng),有(you)些机(ji)型也有(you)截流,以保(bao)证焊机(ji)及人身安全(quan),其(qi)工作(zuo)原理与场效应管焊机(ji)相似。
INFINEON的(de)内建横向(xiang)电(dian)场的(de)MOSFET,耐压(ya)600V和800V,与常(chang)规(gui)MOSFET器件(jian)相比(bi),相同的(de)管芯面积,导通电(dian)阻分(fen)(fen)别下 降到常(chang)规(gui)MOSFET的(de)1/5, 1/10;相同的(de)额(e)定(ding)电(dian)流,导通电(dian)阻分(fen)(fen)别下降到1/2和约1/3。在额(e)定(ding)结温、额(e)定(ding)电(dian)流条件(jian)下,导通电(dian)压(ya)分(fen)(fen)别从12.6V,19.1V下降到 6.07V,7.5V;导通损耗下降到常(chang)规(gui)MOSFET的(de)1/2和1/3。由于导通损耗的(de)降低,发热减少,器件(jian)相对较凉,故称COOLMOS。
相同额(e)定电(dian)流的(de)COOLMOS的(de)管芯较常(chang)规MOSFET减小到(dao)1/3和1/4,使(shi)封装减小两个管壳规格(ge)。由于(yu)COOLMOS管芯厚度仅(jin)为(wei)常(chang)规MOSFET的(de)1/3,使(shi)TO-220封装RTHJC从(cong)常(chang)规1℃/W降到(dao)0.6℃/W;额(e)定功率从(cong)125W上升到(dao)208W,使(shi)管芯散(san)热能力提高。
COOLMOS的(de)栅极(ji)电(dian)荷与(yu)开关(guan)(guan)参数均优于常规(gui)MOSFET,很明显,由于QG,特别(bie)是QGD的(de)减少(shao),使COOLMOS的(de)开关(guan)(guan)时(shi)间约为常 规(gui)MOSFET的(de)1/2;开关(guan)(guan)损耗降低约50%。关(guan)(guan)断时(shi)间的(de)下降也与(yu)COOLMOS内部低栅极(ji)电(dian)阻(<1Ω=有关(guan)(guan)。
目前,新型的(de)MOSFET无一例外地具(ju)有(you)抗雪崩击穿能力(li)。COOLMOS同(tong)样具(ju)有(you)抗雪崩能力(li)。在相同(tong)额定(ding)电流 下(xia),COOLMOS的(de)IAS与(yu)ID25℃相同(tong)。但(dan)由于(yu)管(guan)芯面(mian)(mian)积的(de)减小,IAS小于(yu)常(chang)规MOSFET,而具(ju)有(you)相同(tong)管(guan)芯面(mian)(mian)积时,IAS和EAS则均大于(yu)常(chang)规 MOSFET。
COOLMOS的(de)(de)(de)最大特点之一就是它具有短路(lu)安(an)全(quan)工作(zuo)区(SCSOA),而常(chang)规MOS不(bu)(bu)具备(bei)这(zhei)个(ge)特性。 COOLMOS的(de)(de)(de)SCSOA的(de)(de)(de)获得(de)主(zhu)要是由于转(zhuan)移(yi)(yi)特性的(de)(de)(de)变化和管(guan)(guan)(guan)芯热阻(zu)降低。COOLMOS的(de)(de)(de)转(zhuan)移(yi)(yi)特性如图所示。从图可(ke)以看到(dao)(dao),当VGS>8V 时(shi),COOLMOS的(de)(de)(de)漏极电(dian)(dian)流(liu)不(bu)(bu)再增加,呈(cheng)恒(heng)流(liu)状态(tai)。特别是在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)结温(wen)升(sheng)高(gao)时(shi),恒(heng)流(liu)值下降,在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)最高(gao)结温(wen)时(shi),约为ID25℃的(de)(de)(de)2倍,即正常(chang)工作(zuo)电(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)3-3.5 倍。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)短路(lu)状态(tai)下,漏极电(dian)(dian)流(liu)不(bu)(bu)会(hui)因(yin)栅极的(de)(de)(de)15V驱动(dong)电(dian)(dian)压而上升(sheng)到(dao)(dao)不(bu)(bu)可(ke)容(rong)忍的(de)(de)(de)十几倍的(de)(de)(de)ID25℃,使COOLMOS在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)短路(lu)时(shi)所耗散的(de)(de)(de)功率(lv)限制在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai) 350V×2ID25℃,尽可(ke)能(neng)地减(jian)少短路(lu)时(shi)管(guan)(guan)(guan)芯发热。管(guan)(guan)(guan)芯热阻(zu)降低可(ke)使管(guan)(guan)(guan)芯产(chan)生的(de)(de)(de)热量迅速(su)地散发到(dao)(dao)管(guan)(guan)(guan)壳,抑制了管(guan)(guan)(guan)芯温(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)上升(sheng)速(su)度(du)(du)。因(yin) 此(ci),COOLMOS可(ke)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)正常(chang)栅极电(dian)(dian)压驱动(dong),在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)0.6VDSS电(dian)(dian)源电(dian)(dian)压下承受(shou)10ΜS短路(lu)冲击,时(shi)间(jian)(jian)间(jian)(jian)隔大于1S,1000次不(bu)(bu)损坏,使COOLMOS可(ke)像 IGBT一样(yang),在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)短路(lu)时(shi)得(de)到(dao)(dao)有效的(de)(de)(de)保护。
联系(xi)方式:邹(zou)先生
联系电话:0755-83888366-8022
手(shou)机:18123972950
QQ:2880195519
联(lian)系(xi)地址:深圳市福田区(qu)车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1
请搜微信公(gong)众(zhong)号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公(gong)众(zhong)号
请“关注”官(guan)方微信(xin)公众号:提(ti)供(gong) MOS管 技(ji)术帮助