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用IGBTs替代MOSFETs的可行性分析赵忠礼孟玉茹译

JonathanDodge,AdvancedPowerTechnology,Bend,USA

在某些特定应用中，相对于MOSFETS而言，SMPS专用IGBTS有着价格/性能优势。在高压、

小电流和高频（150KHZ或更高）应用中，MOSFETS依然占优势。在高压、大电流、频率低于

200KHZ（软开关除外）的应用中，IGBTS占绝对优势。当用SMPS专用IGBTS取代MOSFETS时，考

虑其性能差别，将是十分必要的。

APT的功率MOS7IGBTS已经解决了高压MOSFETS（击穿电压为200V或更高）的两个主要弊

端：导通电阻高和导通电阻对温度很强的依赖性。

图1中，与相同尺寸的MOSFETS相比，IGBTS的导通压降对应的导通电阻和温度系数有明

显改进。在室温、30A条件下，IGBTS的等效导通电阻为90mΩ，相同尺寸的MOSFETS导通电

阻为240mΩ，IGBTS比MOSFETS改进了2.7倍。在125℃时，IGBTS对应的导通电阻比MOSFETS低

5.6倍。这是IGBT的第二个优势，导通压降随温度变化小。

图1：相同尺寸的功率MOS7MOSFET和IGBT在15V栅偏压下，电流-开态电压曲线

低导通损耗的折中方案

关断时，IGBTS储存的少数载流子导致了拖尾电流。与MOSFETS相比，由于拖尾电流增加

了IGBTS的关断时间和损耗，所以拖尾电流是IGBTS的主要弊端。功率MOS7系列的穿通型IGBTS

利用了有效地少子寿命控制技术，快速的复合了IGBTS中的少子，明显地减小了拖尾电流。

在寿命控制和导通压降之间，存在一个折中方案。关断速度越快，关断能量（Eoff）越

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低。导通压降越高，导通损耗越高。图2显示了归一化Eoff～VCE(on)曲线（在600V功率MOS7IGBTS

的典型VCE(on)范围内）。在IGBT工艺技术中，可使Eoff和VCE(on)进行折中。总的好处就是允许功

率MOS7IGBTS在广泛的应用中取代MOSFETS。在性能改进方面，IGBT比MOSFET存在更大的改

进空间，因此IGBTS取代高压MOSFETS的趋势将继续。电压额定值低于500V的MOSFETS将被具

有价格/性能优势的IGBTS取代，今后可能降到200V。

图2：25℃600V的功率MOS7IGBTS归一化关断能量对导通压降曲线

器件并联时，VCE(on)的不同强烈影响了电流分配。并联的各MOSFETS器件RDS(on)有些不同，

但变化量是很小的。当PTIGBTS并联时，建议要按VCE(on)进行分类，而MOSFETS一般不需要进

行分类。PTIGBTS并联时，VCE(on)的温度系数的影响是次要的，VCE(on)的不同才是主要的。

何时使用IGBT

在母线电压为200V或更高的应用中，IGBT是很好的选择。一般说来，600V和900V功率

MOS7IGBTS可以用在200KHZ或低于200KHZ的硬开关应用中，而1200VIGBTS可用在50KHZ或低

于50KHZ的硬开关应用中。

事实上，IGBTS的开启速度和MOSFETS是近似的，这使得IGBTS更适合软开启应用，如相移

桥。就像MOSFETS一样，软开启可明显扩展IGBTS的使用频率。在需要从发射极向集电极传导

电流这样的相移桥应用中，可以在同一个封装中，用IGBT和反并联二极管复合。复合器件中

二极管的特性远远高于MOSFET的体二极管。

由于有效地寿命控制，PTIGBTS能够很好的用于软关断，但是关断时间会好，因为它具

有更短的关断延迟和电流下降时间。

总的来说，在小电流、高频或高效应用中，MOSFETS击败了IGBTS。在相同电压电流下，

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MOSFET芯片面积远大于IGBT，因此具有更高的成本。IGBTS和MOSFETS就类似于经济型车和跑

车的价格/性能。IGBTS对MOSFETS的主要优势就是较低的成本。在一定的工作条件下，还有高

效率和高功率密度优势。

应用举例

在硬开关应用中，如PFC升压变换器输出电压为400V的应用中，IGBTS是明智的选择。基

于感应开关测试的仿真，比较了两个并联的APT5024BLL(500V、22A),单一的

APT5014B2LL(500V、35A)和单一APT30GP60B(600V、49A)MOS7PTIGBT的性能。条件是：

400V输出电压，18A的开关