簡要介紹MOSFET和IGBT基礎(chǔ)知識

當(dāng)前的發(fā)動機越來越傾向于電子控制，相對于通過直接連接到相應(yīng)電源（無論是直流源還是交流源）的做法來說，這種方式可以提供更好的控制速度、位置以及扭矩，以及更高的效率。要做到這一點，電機控制電路必須很快地開關(guān)流向電機線圈的電流，在開關(guān)上面需要達到最小的切換時間或?qū)щ娖陂g的損失。

要滿足這些需求需要使用MOSFET和IGBT。這兩種半導(dǎo)體器件都可以用于電機驅(qū)動和電源控制;但其中一個會在某些應(yīng)用場合中表現(xiàn)更突出。這些電可控開關(guān)在功能和屬性上類似，內(nèi)部設(shè)計甚至都會有部分重疊，但很多方面仍然差異巨大。大多數(shù)應(yīng)用中，這些開關(guān)都采用H橋配置（圖1），該配置可以控制電流的流動路徑，決定是否流向兩個或更多個電機線圈。通過這種配置可以完全控制電機的速度和轉(zhuǎn)向。

MOSFET是一種場效應(yīng)晶體管，取決于尺寸和設(shè)計，可以開關(guān)幾百毫安到幾十安培的電流以及幾伏到數(shù)千伏特的電壓。雖然有許多方式來繪制MOSFET管，但最常見的符號如圖2。注意有且只有三端連接：源極、漏極和柵極；柵極控制從源極到漏極的電流。較小的MOSFET可以在標(biāo)準(zhǔn)的MOS IC裸芯上直接制造，因此它可以是單芯片集成解決方案的一部分（但功耗必須低，因為受限于芯片尺寸和散熱問題）。

圖1：在基本的H橋結(jié)構(gòu)中，四個開關(guān)以交叉開關(guān)對方式來控制電流流向以及因此而定的電機轉(zhuǎn)向，。需要注意的是上部開關(guān)會懸空，并不連接到地。

圖2：MOSFET的常用示意圖之一，帶有三端：漏極（D），柵極（G），以及源極（S）。

IGBT是雙極型晶體管，也是一種三端子器件，但是發(fā)射極和集電極連接在一起充當(dāng)被控制的電流通路。如圖3所示，和MOSFET一樣，IGBT有一個柵極來控制該通路。作為雙極型器件，在標(biāo)準(zhǔn)的MOS IC工藝基礎(chǔ)上來制作IGBT是非常困難的;因此，IGBT一般是分立器件。IGBT同時具備了場效應(yīng)管（FET）簡單柵極驅(qū)動，也具備雙極型晶體管的高電流/高電壓處理能力。

圖3：IGBT的常用示意圖之一，帶有三端：集電極（C），柵極（G），和發(fā)射極（E）。

需要注意的是，許多IGBT電路還需要一個反向阻斷（反平行）二極管，該二級管不能使用IGBT制造，因此IGBT和二極管組合通常被協(xié)同封裝并以單模塊方式對外供應(yīng)。單端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如升壓PFC電源，不需要這個二極管，僅需使用IGBT。

盡管柵極上需要打開的驅(qū)動電流依不同器件會不太相同，但一般為所述器件額定電流的大約10%。如圖4所示，滿足所需的導(dǎo)通速度驅(qū)動該電流（源）快速到達柵極電容，并且在關(guān)斷周期將這些電流導(dǎo)出（下沉），是開發(fā)完整電機驅(qū)動電路的最大的兩個挑戰(zhàn)。此外，為使電路更加安全，通過低電壓數(shù)字信號，或“懸浮”上位器件的驅(qū)動來達到電兼容性，通常該路徑必須加入控制器處理器的數(shù)字輸出和驅(qū)動電路之間的電隔離。

圖4：該柵極驅(qū)動電路使用一個低電平數(shù)字信號來控制雙極H橋中一對IGBT，用于任一方向上驅(qū)動電機（來自于國際整流器AN-990）。