如何區(qū)分MOS管和IGBT管?

答:這個(gè)問答題屬于高級(jí)技師應(yīng)知應(yīng)會(huì)的題目，即使是本人回答了，估計(jì)部分人看不懂得。

MOS管又稱為電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管( Power MOSFEt)是近些年獲得最快發(fā)展的一種單極型電壓控制器件，不但有自關(guān)斷能力，而且具有輸入阻抗 高、可以直接與數(shù)字邏輯集成電路連接、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單功耗小、開關(guān)速度快達(dá)50kH、開關(guān)損耗小、熱穩(wěn)定性好、不存在 二次擊穿問題和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)?？蓱?yīng)用于DC/DC變換、開關(guān)電源、便攜式電子設(shè)備等電子電器設(shè)備中，但工作電壓還不能太高，電流容量也不能太大，所以目前只適用于小功率電力電子裝置。

1.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理

電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管有多種結(jié)構(gòu)形式，按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，同時(shí)又有耗盡型和增強(qiáng)型之分。此處以應(yīng)用較廣泛的單極 VDMOSFET、N溝道增強(qiáng)型為例，介紹電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)如下圖1-1所示。

電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管有三個(gè)引腳:源極S、柵極G、漏極D，在漏極接電源正極、源極接電源負(fù)極時(shí)，柵極和源極之間電壓為0，溝道不導(dǎo)通，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。若在柵極和源極之間加一正向電壓Ugs，并使Ugs等于或大于管子的開啟電壓U，此時(shí)管子開通，漏、源極間有電流Id流過。Ugs超過Ut越大，導(dǎo)電能力越強(qiáng)，漏極電流越大。

在圖1-1a中的A點(diǎn)處，源極金屬電極將N區(qū)和P區(qū)連接在一起，因此源、漏極之間形成了一個(gè)寄生二極管，MOSFET內(nèi)部無(wú)反向電壓阻斷能力,常用圖1-1b表示。在變流電路中，為避免過大的反向電流流 過該器件而導(dǎo)致元件損壞，常在該器件外部并接快速二極管VD2和串接二極管VD1，如圖1-1c所示。

在N溝道增強(qiáng)型 MOSFET器件中，當(dāng)柵源電壓Ugs為負(fù)值時(shí)，不可能出現(xiàn)溝道，因而無(wú)法溝通源區(qū)與漏區(qū)，即使柵源電壓為正但數(shù)值不夠大時(shí)，同樣不會(huì)出現(xiàn)溝道，使源區(qū)與漏區(qū)溝通。因此，在上述兩種情況下，MOSFET都處于關(guān)斷狀態(tài)，即使加上正向漏極電壓Ugs，也沒有漏極電流Id出現(xiàn)。只有當(dāng)柵源電壓等于或大于開啟電壓時(shí)，才能形成溝道，把源區(qū)和漏區(qū)溝通，在正向漏極電壓下，使 MOSFET進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。

2.應(yīng)用電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的注意事項(xiàng)

(1)防止靜電擊穿。由于MOSFET具有很高的輸入阻抗，因此，在靜電較強(qiáng)的場(chǎng)所泄放電荷困難，容易引起靜電擊穿，損壞器件，應(yīng)予以防 止。

(1)防止靜電擊穿。由于MOSFET具有很高的輸入阻抗，因此，在靜電較強(qiáng)的場(chǎng)所泄放電荷困難，容易引起靜電擊穿，損壞器件，應(yīng)予以防 止。

(2)防止偶然性振蕩。

MOSFET在與測(cè)試儀器、插接盒等器件的輸入電容、輸入 電阻匹配不當(dāng)時(shí)，可能會(huì)引起偶然性振蕩，使器件損壞，因此，應(yīng)在器件的柵極端子 外接10k0串聯(lián)電阻器，或在柵源極間外接約0.5μF的電容器

(3)防止過電流。負(fù)載的變化可能產(chǎn)生數(shù)值較大的沖擊電流，以致超過通態(tài)漏極流的最大額定值，因此，必須采取措施使器件回路迅速斷開，避免損壞器件。

(4)防止過電壓

1)柵源間過電壓的防護(hù)。適當(dāng)降低柵源間的阻抗，可在柵源間并接阻尼電阻或防止柵極開路。

2)漏源間過電壓的防護(hù)。在漏源間并接齊納二極管箝位或R C抑制網(wǎng)絡(luò)等保護(hù)措施。

絕緣柵雙極型晶體管如下圖所示。

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)又叫絕緣門極晶體管( Insulated Gate Bipolar Tran- SIstor)，簡(jiǎn)稱IGBT。絕緣柵雙極型晶體管是以場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為基極，以電力晶體管作為發(fā)射極與集電極復(fù)合而成的。因此，它綜合了 MOSFET與GTR的優(yōu)點(diǎn)，既有MOSFET的輸入阻抗高、工作速度快、熱穩(wěn)定性好和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單 等特點(diǎn)，又有GTR的載流能力強(qiáng)、耐壓高等特點(diǎn)，是很有發(fā)展前途的大功率自關(guān)斷電力器件。

1.絕緣柵雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)

絕緣柵雙極型晶體管也是一種三端器件，其結(jié)構(gòu)圖、簡(jiǎn)化等效電路和圖形符號(hào)如圖1-2所示。由圖可知，IGBT是在 MOSFET的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)P層發(fā)射極，形成PN結(jié)J1，由此引出漏極D，柵極G和源極S則完全與 MOSFET類似。

由圖1-2a的結(jié)構(gòu)圖可以看出，lGBT相當(dāng)于一個(gè)由 MOSFET驅(qū)動(dòng)的具有厚基區(qū)的GTR，其等效電路如圖1-2b所示。圖中電阻Rdr是厚基區(qū)GTR基區(qū)內(nèi)的擴(kuò)展電阻。從等效電路可以看出，IGBT是以GTR為主導(dǎo)元件、 MOSFET為驅(qū)動(dòng)元件的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)器件，這種結(jié)構(gòu)叫N溝道IGBT，GTR為PNP型晶體管，MOSFET為N溝道型。

N溝道IGBT的圖形符號(hào)如圖1-2c和圖1-2d所示，對(duì)P溝道IGBT的圖形符號(hào)，僅將源極的箭頭方向反向即可。

2.絕緣柵雙極型晶體管的工作原理

絕緣柵雙極型晶體管的開通和關(guān)斷是由柵極電壓控制的。當(dāng) 棚門極電壓為正時(shí)，MOSFET的溝道形成，為PNP晶體管提供基極電流，從而使GBT開通。此時(shí)，從P+區(qū)注入N-區(qū)的空穴(少數(shù)載流子)對(duì)N區(qū)進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制、減少N-區(qū)的電阻Rdr，使耐高壓的IGBT具有低的通態(tài)壓降。在柵極上施以負(fù)電壓時(shí)，MOSFET的溝道消失，PNP晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。

這個(gè)問答題比較深?yuàn)W，本人也只是知道這么多了。

知足常樂2019.5.2日于上海