在SMPS應(yīng)用中如何選擇IGBT和MOSFET詳細(xì)資料比較

　　開關(guān)電源 （Switch Mode Power Supply；SMPS） 的性能在很大程度上依賴于功率半導(dǎo)體器件的選擇，即開關(guān)管和整流器。雖然沒有萬全的方案來解決選擇IGBT還是MOSFET的問題，但針對(duì)特定SMPS應(yīng)用中的IGBT 和 MOSFET進(jìn)行性能比較，確定關(guān)鍵參數(shù)的范圍還是能起到一定的參考作用。本文將對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行探討，如硬開關(guān)和軟開關(guān)ZVS （零電壓轉(zhuǎn)換） 拓?fù)渲械拈_關(guān)損耗，并對(duì)電路和器件特性相關(guān)的三個(gè)主要功率開關(guān)損耗—導(dǎo)通損耗、傳導(dǎo)損耗和關(guān)斷損耗進(jìn)行描述。此外，還通過舉例說明二極管的恢復(fù)特性是決定 MOSFET 或 IGBT導(dǎo)通開關(guān)損耗的主要因素，討論二極管恢復(fù)性能對(duì)于硬開關(guān)拓?fù)涞挠绊憽?/p>

　　SMPS的進(jìn)展

　　一直以來，離線式SMPS產(chǎn)業(yè)由功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的功率元件發(fā)展所推動(dòng)。作為主要的功率開關(guān)器件IGBT、功率MOSFET和功率二極管正不斷改良，相應(yīng)地也是明顯地改善了SMPS的效率，減小了尺寸，重量和成本也隨之降低。由于器件對(duì)應(yīng)用性能的這種直接影響，SMPS設(shè)計(jì)人員必須比較不同半導(dǎo)體技術(shù)的各種優(yōu)缺點(diǎn)以優(yōu)化其設(shè)計(jì)。例如，MOSFET一般在較低功率應(yīng)用及較高頻應(yīng)用（即功率《1000W及開關(guān)頻率≥100kHz）中表現(xiàn)較好，而 IGBT則在較低頻及較高功率設(shè)計(jì)中表現(xiàn)卓越。為了做出真實(shí)的評(píng)估，筆者在SMPS應(yīng)用中比較了來自飛兆半導(dǎo)體的IGBT器件FGP20N6S2 （屬于SMPS2系列）和MOSFET器件 FCP11N60（屬于SuperFET 產(chǎn)品族）。這些產(chǎn)品具有相近的芯片尺寸和相同的熱阻抗RθJC，代表了功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有的器件水平。

　　導(dǎo)通損耗

　　除了IGBT的電壓下降時(shí)間較長(zhǎng)外，IGBT和功率MOSFET的導(dǎo)通特性十分類似。由基本的IGBT等效電路（見圖1）可看出，完全調(diào)節(jié)PNP BJT集電極基極區(qū)的少數(shù)載流子所需的時(shí)間導(dǎo)致了導(dǎo)通電壓拖尾（voltage tail）出現(xiàn)。
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