在SMPS應用中選擇IGBT和MOSFET的比較

2020-11-30 OFweek維科網

  關斷損耗 —問題尚未結束

  在硬開關、鉗位感性電路中,MOSFET的關斷損耗比IGBT低得多,原因在於IGBT 的拖尾電流,這與清除圖1中PNP BJT的少數載流子有關。圖7顯示了集電極電流ICE和結溫Tj的函數Eoff,其曲線在大多數IGBT數據表中都有提供。這些曲線基於鉗位感性電路且測試電壓相同,並包含拖尾電流能量損耗。

  

  圖7 本圖表顯示IGBT的Eoff隨ICE及Tj的變化

  圖2顯示了用於測量IGBT Eoff的典型測試電路, 它的測試電壓,即圖2中的VDD,因不同製造商及個別器件的BVCES而異。在比較器件時應考慮這測試條件中的VDD,因為在較低的VDD鉗位電壓下進行測試和工作將導致Eoff能耗降低。

  降低柵極驅動關斷阻抗對減小IGBT Eoff損耗影響極微。如圖1所示,當等效的多數載流子MOSFET關斷時,在IGBT少數載流子BJT中仍存在存儲時間延遲td(off)I。不過,降低Eoff驅動阻抗將會減少米勒電容 (Miller capacitance) CRES和關斷VCE的 dv/dt造成的電流注到柵極驅動迴路中的風險,避免使器件重新偏置為傳導狀態,從而導致多個產生Eoff的開關動作。

  ZVS和ZCS拓撲在降低MOSFET 和 IGBT的關斷損耗方面很有優勢。不過ZVS的工作優點在IGBT中沒有那麼大,因為當集電極電壓上升到允許多餘存儲電荷進行耗散的電勢值時,會引發拖尾衝擊電流Eoff。ZCS拓撲可以提升最大的IGBT Eoff性能。正確的柵極驅動順序可使IGBT柵極信號在第二個集電極電流過零點以前不被清除,從而顯著降低IGBT ZCS Eoff 。

  MOSFET的 Eoff能耗是其米勒電容Crss、柵極驅動速度、柵極驅動關斷源阻抗及源極功率電路路徑中寄生電感的函數。該電路寄生電感Lx (如圖8所示) 產生一個電勢,通過限制電流速度下降而增加關斷損耗。在關斷時,電流下降速度di/dt由Lx和VGS(th)決定。如果Lx=5nH,VGS(th)= 4V,則最大電流下降速度為VGS(th)/Lx=800A/μs。

  

  圖8 典型硬開關應用中的柵極驅動電路

  總結

  在選用功率開關器件時,並沒有萬全的解決方案,電路拓撲、工作頻率、環境溫度和物理尺寸,所有這些約束都會在做出最佳選擇時起著作用。在具有最小 Eon損耗的ZVS 和 ZCS應用中,MOSFET由於具有較快的開關速度和較少的關斷損耗,因此能夠在較高頻率下工作。對硬開關應用而言,MOSFET寄生二極體的恢復特性可能是個缺點。相反,由於IGBT組合封裝內的二極體與特定應用匹配,極佳的軟恢復二極體可與更高速的SMPS器件相配合。

相關焦點

  • 介紹在SMPS應用中選擇IGBT和MOSFET的比較
    由於器件對應用性能的這種直接影響,SMPS設計人員必須比較不同半導體技術的各種優缺點以優化其設計。例如,MOSFET一般在較低功率應用及較高頻應用(即功率《1000W及開關頻率≥100kHz)中表現較好,而 IGBT則在較低頻及較高功率設計中表現卓越。導通損耗除了IGBT的電壓下降時間較長外,IGBT和功率MOSFET的導通特性十分類似。
  • TLP250功率驅動模塊在IRF840 MOSFET中的應用(圖)
    關鍵詞:tlp250;irf840 mosfet;吸收回路;直流斬波;dsp 引言---功率集成電路驅動模塊是微電子技術和電力電子技術相結合的產物,其基本功能是使動力和信息合一,成為機和電的關鍵接口。快速電力電子器件mosfet的出現,為斬波頻率的提高創造了條件,提高斬波頻率可以減少低頻諧波分量,降低對濾波元器件的要求,減少了體積和重量。採用自關斷器件,省去了換流迴路,又可提高斬波器的頻率。---直流電動機的勵磁迴路和電樞迴路電流的自動調節常常採用功率mosfet。
  • igbt驅動電壓和功率分別是多少
    在此根據長期使用IGBT的經驗並參考有關文獻對 IGBT驅動的電壓和功率做了一些總結,希望對廣大網友能夠提供幫助。   igbt驅動工作原理   驅動器功率不足或選擇錯誤可能會直接導致 IGBT 和驅動器損壞。以下總結了一些關於IGBT驅動器輸出性能的計算方法以供選型時參考。
  • MOS管,IGBT,以及三極體他們有什麼區別?正向單流柵極IGBT驅動電路...
    mos管、igbt、三極體比較,mos開關速度最快,三極體最慢,而igbt內部是靠mos管先開通驅動三極體開通(這個原理決定了它的開關速度比mos慢,比三極體快,和幾代技術無關)。mos管的最大劣勢是隨著耐壓升高,內阻迅速增大(不是線性增大),所以高壓下內阻很大,不能做大功率應用。隨著技術發展,無論mos管還是igbt管,它們的各種參數仍在優化。
  • IGBT入門、電路圖、應用方案、技術資料大全
    42# EEPW網友 說:2018-09-26 16:40 真牛逼 41# EEPW網友 說:2017-04-04 22:02 一般的igbt
  • MOSFET靠什麼進軍IGBT的應用領域?
    兩個主要類型的功率電晶體:MOSFET和IGBT非常流行,它們在電源系統設計中已經使用了多年,因此,很容易假定它們之間的差異一直保持不變。本文通過解釋最新一代MOSFET和IGBT的工作特性,使用戶能夠更好地了解最能滿足應用需求的最合適的器件類型,並解釋了目前的功率電晶體選擇的灰色區域。
  • 比較1200V碳化矽MOSFET和Si IGBT的主要特色
    兩者的比較是以應用為基礎,例如600 V匯流排直流電壓,開啟和關閉的dv/dt均設定為5 V/ns。   圖6為實驗期間所測得數據之摘要。跟矽基IGBT相比,在本實驗分析的電流範圍以內,碳化矽MOSFET的開啟和關閉能耗都明顯較低(約減少50%),甚至在5 V/ns的狀況下亦然。
  • 超級結MOSFET和IGBT在電動汽車充電樁的應用
    充電(應用)要求在高溫環境下具有高電壓、高電流和高性能,開發高能效、高性能、具豐富保護功能的充電樁對於實現以儘可能短的充電時間續航更遠的裡程至關重要。常用的半導體器件有IGBT、超結MOSFET和碳化矽(SiC)。
  • 詳解MOSFET與IGBT的本質區別
    3、就其應用,根據其特點:MOSFET應用於開關電源,鎮流器,高頻感應加熱,高頻逆變焊機,通信電源等等高頻電源領域;IGBT集中應用於焊機,逆變器,變頻器,電鍍電解電源,超音頻感應加熱等領域。開關電源 (Switch Mode Power Supply;SMPS) 的性能在很大程度上依賴於功率半導體器件的選擇,即開關管和整流器。
  • 如何選擇合適的LED大燈驅動方案
    LED大燈的方案有千百種,如何選擇性價比高的大燈晶片方案?本文我們將和大家一起探討。首先我們要保證驅動LED 的電流要恆定;其次LED大燈的功率是比較大的,尤其是遠光和近光,LED的電流大多在1A左右,輸出電壓由客戶LED的顆數和Vf值決定。綜合以上兩個原因,我們要考慮選用能輸出較大功率的恆流DC 燈驅來設計。
  • 以後再不要小看igbt吸收電容在電路中的作用啦,勿因小失大!
    打開APP 以後再不要小看igbt吸收電容在電路中的作用啦,勿因小失大!2018-12-13 14:51:44 選擇不好的吸收電容影響
  • 大功率IGBT中濾波電容的選擇與計算
    由於電容的內阻和寄生電感是阻礙電容瞬間供電能力的主要因素,因此對於電源濾波電容的一個主要要求就是採用低內阻電容。需要指出的是,如果選擇的電容內阻太高,在IGBT驅動器提供瞬間大電流的時候,濾波電容上會出現一個瞬間降低的電壓。如果用示波器測試就會看到一個明顯的V型壓降。這個電壓會給電源造成頻繁的瞬時的過載,嚴重降低電源及驅動器的可靠性及壽命。
  • 為計算應用中的功率因數校正電路選擇MOSFET(上)
    在某些消費應用(如LED照明) 中,要求在低至5 W的功率下進行某些形式的PFC。在低功 率下,可使用為控制線路頻率而設計的無源元件實現校正目 的。但在高功率下,無源解決方案會變得相當「笨重」而昂 貴;使用高開關頻率有源器件可減小所需無源元件的尺寸。 有源PFC的標準實現方式是輸入整流器後跟升壓轉換 器。
  • 利用英飛凌IGBT單管設計手提式焊機
    在單管IGBT中,尤其以TO-247封裝650V單管產品為主流,各大廠商都推出了相應的適用於焊機應用的產品,其中英飛凌的上一代600V H3和T系列產品已經在焊機市場上佔有很大的份額,英飛凌最新一代的TrenchstopTM 5系列產品中,H5(適合開關頻率30-70KHz)和S5(適合開關頻率15-40KHz)系列產品又在上一代600V IGBT晶片技術上進一步性能優化,設計也逐漸佔據焊機市場主流
  • 隔離驅動IGBT和Power MOSFET等功率器件所需的技巧二
    HCPL-316J 飽和閾值的頂點設置在7V,這是對通過一個比較實際的IGBT Vce飽和電壓相比。操作時的DESAT保護有2個部分,1)I GBT的Vce電壓檢測和比較, 2)一旦越過閾值水平就激活DESAT保護; 1)檢測部分,它僅在IGBT導通期間激活。
  • P溝道和N溝道MOSFET在開關電源中的應用
    為選擇最適合電源應用的開關,本設計實例對P溝道和N溝道增強型MOSFET進行了比較。JQrednc對市場營銷人員,MOSFET可能代表能源傳遞最佳方案(Most Optimal Solution for Energy Transfer)的縮寫。
  • 淺談矽IGBT與碳化矽MOSFET驅動的區別
    開關器件在運行過程中存在短路風險,配置合適的短路保護電路,可以有效減少開關器件在使用過程中因短路而造成的損壞。與矽IGBT相比,碳化矽MOSFET短路耐受時間更短。矽IGBT的承受退保和短路的時間一般大於10μs,在設計矽IGBT的短路保護電路時,建議將短路保護的檢測延時和相應時間設置在5-8μs較為合適。
  • 隔離驅動IGBT和Power MOSFET等功率器件所需的技巧
    這些功率器件的保護功能包括欠壓鎖定(UVLO),DESAT檢測,和有源米勒鉗位。在電力轉換器,電機驅動,太陽能和風力發電等系統的應用上,所有這些保護功能都是重要的,因它確保這些系統能安全和穩定的操作。另外,能把握如何正確的選用,設計這些光耦柵極驅動器來有效的使用/控制這些功能使到整個系統更簡單,高效,可靠,是系統設計工程師不可或缺的技能!