对比功率器件IGBT 真的比 MOSFET 好吗？

功率半导体是电子装置中电能转换与电路控制的核心，主要用于改变电子装置中电压和频率，及直流交流转换等。只要在拥有电流电压及相位转换的电路系统中，都会用到功率零组件。

基本上，功率半导体大致可分为功率离散元件 (Power Discrete) 与功率积体电路 (Power IC) 二大类，其中，功率离散元件产品包括 MOSFET、二极体，及 IGBT，当中又以 MOSFET 与 IGBT 最为重要。

IGBT 比 MOSFET 好吗?我已经完成了相当多的电源设计，包括开关电源和 H 桥电机控制器。早在 1970 年代和 1980 年代，我的设计是使用 NPN 双极功率晶体管完成的。我们很少使用 PNP 设备，因为它们通常成本更高，并且当前额定值不及 NPN 对应设备(其他条件相同)。

MOSFET、IGBT 主要用于将发电设备所产生电压和频率杂乱不一的电流，透过 一系列的转换调製变成拥有特定电能参数的电流，以供应各类终端电子设备，成为电子电力变化装置的核心元件之一。 而全球功率半导体市场中，用于工业控制比重最高，达 34%，其次是汽车及通讯领域各占 23%，消费电子则占 20%。

MOSFET 依内部结构不同，可达到的电流也不同，一般大到上 KA 也是可行，但 MOSFET 耐电压能力没有 IGBT 强。 而 MOSFET 优势在于可以适用高频领域，MOSFET 工作频率可以适用在从几百 KHZ 到几十 MHZ 的射频产品。而 IGBT 到达 100KHZ 几乎是最佳工作极限。 最后，若当电子元件需要进行高速开关动作，MOSFET 则有绝对的优势，主要在于 IGBT 因有整合 BJT，而 BJT 本身存在电荷存储时间问题，也就是在 OFF 时需耗费较长时间，导致无法进行高速开关动作。 所以综合来看，MOSFET 适用在携带型的充电电池领域，或是行动装置中。至于 IGBT 则适用在高电压、大功率的设备，如电动马达、汽车动力电池等。

我们也避开了达林顿晶体管。它们具有高到非常高的增益，但它们的饱和电压也很高，显着增加了器件内的功耗。

由于输入晶体管的集电极连接到输出晶体管的集电极，一旦输出晶体管开始导通，它就会从输入晶体管中夺走驱动电流(或剥夺电压源)。结果是复合器件的饱和电压约为 1 伏。在高集电极电流下，器件中耗散的功率使其运行时非常温暖。

从 1980 年代到现在，选择的晶体管通常是 N 沟道 MOSFET。与双极器件一样，P 沟道 FET 的额定功率不高，而且价格更高。使用 FET，极高的输入阻抗使驱动栅极更加 容易。栅源电容在一定程度上抵消了这一优势，尤其是在高开关频率下。

我从未使用过绝缘栅双极晶体管 (IGBT)，部分原因是我从未完全理解它们。我最初认为它们是用 N 沟道 FET 代替输入双极晶体管的达林顿器件。这将产生具有极高输入阻抗和高总增益的器件，但当然仍会存在高饱和电压和相应的高功耗。

我最近看到更多关于 IGBT 器件的新闻稿，所以我决定仔细研究一下这些器件的真正含义。

啊哈!它实际上使用 N 沟道 FET 作为输入器件，但双极器件是 PNP 器件。现在它变得更加高效，并且该设备可以具有非常高的击穿电压能力。只需几伏电压即可打开 FET，然后您就可以用力打开 PNP 晶体管。有那个寄生NPN晶体管;与 PNP 相结合，它使双极部分看起来像一个 SCR。事实上，早期的 IGBT 器件存在闩锁问题：有时，一旦打开它们，就无法将其关闭，除非您切断集电极电流(关闭主电源)。现代设备已经解决了这个问题。

顺便说一句，您会看到 IGBT 的不同符号;这个是半常见的：

请注意，上端称为集电极，但它连接到 PNP 发射极。这只是为了简化每个人对其使用方式的理解，而不是内部发生的事情。

这些设备并不是适用于所有应用的解决方案。只要您将它们与可比较的高压、大电流器件(高达千伏和数百安培范围)进行比较，它们的正向压降就低于普通 MOSFET。在更温和的电流水平下，常规 FET 更好。如果您需要 PWM 速率的高开关速度(达到数百 kHz 或 MHz 范围)，请再次使用传统的 FET。