IGBT和MOS管区别

**Mosfet **和 IGBT 驱动对比的简介

简述：

一般中低马力的电动汽车电源主要用较低压（低于 72V）的电池组构成。

由于需求的输出电流较高，因此市场上专用型的 Mosfet 模块并不常见，所以

部分设计者可能会存在没有合适的 Mosfet 模块使用，而考虑使用功率 IGBT

模块。本文简单的探讨两种模块驱动设计时必须注意的问题供设计者参考。

**常见应用条件划分： **

选用 IGBT 或 Mosfet 作为功率开关本来就是一个设计工程师最常遇到的

问题。如果从系统的电压、电流和切换功率等因数来考虑，IGBT 和 Mosfet

的应用区域可简单的划分如下：

根据上述描述，可以用下图来更清楚的看出两者使用的条件。

图中的斜线部分表示 IGBT 和
Mosfet 在该区域的应用都存在着各自的优势和不足，所以

该区域两者皆可选用。

而“？”部分表示目前的工艺尚无法达到的水平。

对于中低马力的电动汽车而言，其工作频率在 20KHz 以下，工作电压在 72V 以下，

故 IGBT 和 Mosfet 都可以选择，所以也是探讨比较多的应用。

**特性对比： **

Mosfet 和 IGBT 在结构上的主要差异来自于高压化的要求，因此也形成

了 Mosfet 模块与 IGBT 模块输入特性不同，以下就从结构的角度出发来作一

简要说明。Mosfet 和 IGBT 的内部结构如图 2所示。

Mosfet 基本结构 IGBT 基本结构

功率 MOSFET 与 IGBT 的构造比较

功率 Mosfet 是通过在门极G上外加正电压，使 p 基极层形成沟道，从而

进入导通状态的。此时，由于 n 发射极（源极S）层和 n 基极层以沟道为媒介

而导通，Mosfet 的漏极D—源极S之间形成了单一的半导体。n 基极层的作用是

在关断状态下，维持漏极D—源极S之间所外加的电压不至于使其击穿。因此需要

承受的电压越高，该层就越厚。需求元件的耐压性能越高，漏极—源极之间的

电阻也就必须越大，所以大电流的应用则通常必须透过并联才能达到。

为了改善 Mosfet 的限制，IGBT 在
Mosfet 的基础上追加了p+层，所以从

漏极方面来看，它与 n 基极层之间构成了 pn 二极管，大大提高了耐压性能。

如此结构同时形成一个结型场效应管JFET 来承受大部分电压，让结构中的

Mosfet 不需承受高压，从而可降低通态电阻的值，能更容易地实现高压大电流。

对于 Mosfet来说，仅由多子承担的电荷运输没有任何存储效应，因此，

很容易实现极短的开关时间。但是，和 Mosfet 有所不同，IGBT器件中少子也

参与了导电。所以 IGB 结构虽然使导通压降降低，但是存储电荷的增强与耗散

引发了开关损耗，延迟时间（存储时间），以及在关断时还会引发集电极拖尾

电流就限制了 IGBT 的开关频率。

结合上文所述可以看出 Mosfet 开关损耗小，开关速度快，所以适用于高

频切换的场合；IGBT 导通压降低，耐压高，所以适用于高压大功率场合。所

以从功耗的角度来说，应用时要注意对于驱动开关频率、门极电阻和驱动电压

的调节，以符合系统温升的要求，并且对于系统中的做出调整。一般而言，IGBT

的正压驱动在15V 左右，而
Mosfet 建议在10—12V 左右；驱动电压负压的作

用主要是防止关断中的功率开关管误导通，同时增加关断速度。因为 IGBT 具

有拖尾电流的特性，而且输入电容比较大，所以建议在-5—-15V之间，而Mosfet

因为拖尾电流的特性不明显，所以建议加-2V 左右的负压。

一般应用工程师所参考的等效电路为图

从等效电路图中可以看出

Mosfet 电路中存在一个寄生的二极管。可在特性曲线图四中看出，Mosfet 和

IGBT 的最大差异的部分是当漏极—源极之间的电压大于芯片能承受的规定电

压时，Mosfet 就会操作在崩溃区，其机制等效为 Mosfet 的反并联二极管是一

个齐纳二极管，当能量超过某一值时，就会造成齐纳击穿，但除非无法降低漏

极的电感，一般不建议操作在崩溃区。

图 3 Mosfet 和 IGBT 简化等效电路图

图 4 Mosfet 和 IGBT 输出特性曲线

从图3等效电路图中可以看出，IGBT 和 Mosfet 差异还在于 IGBT 在导通之

前，存在二极管的顺偏导通压降，如图 4 所示（蓝色表示 Mosfet 的特性曲线，

红色表示 IGBT 的特性曲线）。所以从图4中也可以看出部分差异，当模块在相

同小电流条件下正常工作（工作在饱和区）时，IGBT 的导通压降大于 Mosfet，

即 IGBT 的导通损耗大于
Mosfet。

综上所述，对于 Mosfet 和
IGBT 的差异已有简单的了解，下文将在此基

础上，整理 Mosfet（IGBT）替换 IGBT（Mosfet）时设计的注意事项。

Mosfet（IGBT）替换 IGBT（Mosfet）时设计注意事项：

如原系统功率模块使用 IGBT，现考虑用 Mosfet 功率模块替换，原系统的

驱动设计需注意的事项如下：

1.适当减小栅极电阻，以减小开关损耗，以维持相近的温升，同时可进一

步降低误导通的可能性；

2.检测 Mosfet 的漏极—源极之间的电压，相应调整吸收电路，防止崩溃能

量过高而击穿；

3.对系统中相关的保护电路做出调整，特别对于过电流保护点等，必须根

据规格书所给条件重新设置；

4.对于系统中的驱动电压做出调整。一般建议正压在 10—12V 左右，负

压为-2V 左右。

如原系统功率模块使用 Mosfet，现考虑用 IGBT 功率模块替换，原系统的

驱动设计需注意的更改事项如下：

1.适当增大栅极电阻，防止过压击穿，此操作必然会增加切换损耗，所以

必须特别关注模块温升，防止模块温度过高；

2.检测 IGBT 的栅极—发射极之间的电压，增大关断时的负压值，防止误

导通；

3.对系统中相关的保护电路做出调整，特别对于过电流保护点等，必须重

新设置；

4.对于系统中的驱动电压做出调整。一般建议正压在 15 左右，负压为-5

—-15V。