近年來(lái)，隨著新能源的興起，MOSFET和IGBT的市場(chǎng)需求急劇增加。一般用作開關(guān)器件，廣泛應(yīng)用于電子電路中。MOSFET和IGBT在外觀和特性參數(shù)上比較相似。那么MOSFET和IGBT有什么區(qū)別呢？

一、什么是MOSFET？

場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要有兩種類型，分別是 JFET 和MOSFET。

MOSFET 是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。由于這種場(chǎng)效應(yīng)管的柵極被絕緣層隔離，所以也稱為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。

MOSFET也可分為四類：

①N溝道耗盡模式；

②N通道增強(qiáng)模式；

③P溝道耗盡模式； 

④P溝道增強(qiáng)模式。

MOSFET 類型和電路符號(hào)

有些MOSFET內(nèi)部會(huì)有一個(gè)二極管，它是體二極管，或者是寄生二極管，或者是續(xù)流二極管。對(duì)于寄生二極管的作用有兩種解釋。

MOSFET的寄生二極管的作用是防止在VDD過(guò)壓的情況下，燒毀MOSFET。因?yàn)槎O管在過(guò)壓之前反向擊穿導(dǎo)致MOSFET損壞，大電流直接流到地，從而避免燒壞MOSFET。

MOSFET具有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、熱穩(wěn)定性好、電壓控制電流等特點(diǎn)。在電路中，MOSFET可以用作放大器、電子開關(guān)以及其他用途。

二、什么是IGBT？

IGBT（絕緣柵雙極晶體管），是由晶體三極管和MOSFET組成的化合物半導(dǎo)體器件。

IGBT作為一種新型電子半導(dǎo)體器件，具有輸入阻抗高、電壓控制功耗低、控制電路簡(jiǎn)單、耐壓高、耐電流大等特點(diǎn)……廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。

IGBT和電路符號(hào)

IGBT的電路符號(hào)至今尚未統(tǒng)一，繪制原理圖時(shí)一般借用三極管和MOSFET的符號(hào)，可以從原理圖上標(biāo)注的型號(hào)來(lái)判斷是IGBT還是MOSFET。

同時(shí)還要注意IGBT是否有體二極管。圖中沒有標(biāo)注并不一定代表沒有。除非官方數(shù)據(jù)中特別說(shuō)明，否則該二極管是存在的。

寄生二極管

IGBT內(nèi)部的體二極管不是寄生的，而是為了保護(hù)IGBT脆弱的反向耐壓而專門設(shè)置的。它也稱為 FWD（續(xù)流二極管）。

判斷IGBT內(nèi)部是否有FWD并不難，可以用萬(wàn)用表測(cè)量IGBT的C極和E極。如果IGBT是好的，C極和E極測(cè)得電阻無(wú)窮大，則說(shuō)明IGBT沒有體二極管。

IGBT非常適合交流電機(jī)、逆變器、開關(guān)電源、照明電路、牽引驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

三、MOSFET和IGBT的結(jié)構(gòu)

MOSFET和IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。

MOSFET和IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

IGBT 是通過(guò)在 MOSFET 的漏極上添加一個(gè)附加層來(lái)構(gòu)建的。

IGBT的理想等效電路如下圖所示。IGBT實(shí)際上是MOSFET和晶體管三極管的組合。MOSFET具有導(dǎo)通電阻高的缺點(diǎn)，但I(xiàn)GBT克服了這個(gè)缺點(diǎn)，并且IGBT在高電壓下仍然具有低導(dǎo)通電阻。

IGBT理想等效電路

另外，如果IGBT和MOSFET具有相似的功率容量，則IGBT可能比MOSFET慢，因?yàn)镮GBT具有關(guān)斷拖曳時(shí)間。由于IGBT關(guān)斷拖尾時(shí)間較長(zhǎng)，死區(qū)時(shí)間也加長(zhǎng)，從而影響開關(guān)頻率。

四、MOSFET和IGBT，該選哪一個(gè)？

電路中，選擇MOSFET還是IGBT作為功率開關(guān)管是工程師經(jīng)常遇到的問題。從系統(tǒng)電壓、電流、開關(guān)功率等因素來(lái)看，我們可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)。

MOSFET和IGBT應(yīng)用特點(diǎn)

我們從下圖也可以看出兩者的使用條件。陰影部分表示可以選擇MOSFET和IGBT，“？” 表明當(dāng)前進(jìn)程還無(wú)法達(dá)到該級(jí)別。

MOSFET 和 IGBT 的常見應(yīng)用領(lǐng)域

一般來(lái)說(shuō)，MOSFET具有良好的高頻特性。其工作頻率可達(dá)數(shù)百kHz甚至MHz。缺點(diǎn)是通態(tài)電阻較大，在高電壓、大電流情況下功耗較大。100KHZ幾乎是IGBT的最佳工作極限。IGBT在低頻、大功率場(chǎng)合具有優(yōu)異的性能。導(dǎo)通電阻小，耐壓高。

最后，如果電子元件需要進(jìn)行高速開關(guān)動(dòng)作，MOSFET具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，主要是因?yàn)镮GBT集成了BJT。BJT本身存在電荷存儲(chǔ)時(shí)間問題，即在OFF的時(shí)候，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，導(dǎo)致高速開關(guān)動(dòng)作無(wú)法進(jìn)行。

MOSFET應(yīng)用于開關(guān)電源、鎮(zhèn)流器、高頻感應(yīng)加熱、高頻逆變焊機(jī)、通信電源、便攜式充電電池等高頻電源領(lǐng)域；IGBT應(yīng)用于焊機(jī)、逆變器、逆變器、電鍍電解電源、超音頻感應(yīng)加熱、電動(dòng)機(jī)、汽車動(dòng)力電池等領(lǐng)域。

五、MOSFET和IGBT的識(shí)別

MOSFET和IGBT是使用頻率較高的電子元件。兩者無(wú)論是外觀還是靜態(tài)參數(shù)都極為相似。有些電子產(chǎn)品具有技術(shù)壟斷性，有時(shí)其模型會(huì)在電路中被抹掉。目前MOSFET和IGBT還沒有統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)。它們的外觀和引腳排列相似。如何區(qū)分和判斷成為必要的手段。

阻尼NPN型IGBT與N溝道增強(qiáng)型MOMS管的識(shí)別：阻尼NPN型IGBT與N溝道增強(qiáng)型MOMS管的柵極位置相同。IGBT的C極對(duì)應(yīng)MODS管的D極。IGBT的e極位置對(duì)應(yīng)MODS管的S極位置。判斷和區(qū)分好壞可以采用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)量方法。

靜態(tài)測(cè)量以區(qū)分 MOSFET 和 IGBT

我們首先將兩個(gè)管腳短接，以釋放靜電。

MOSFET的D極和S極之間有PN連接。正向?qū)ǎ聪驅(qū)āＫ訰gd=Rgs=Rds=無(wú)窮大，Rsd=幾千歐姆。

IGBT的G極到c、e極的電阻應(yīng)為無(wú)窮大，即Rgc=Rge=無(wú)窮大，并且IGBT之間有阻尼二極管，因此具有單向?qū)ǚ聪蚪刂固匦裕碦ce=無(wú)窮大，Rec=幾千歐姆。

從這里，你只能用萬(wàn)用表的電阻檔來(lái)判斷管子的好壞，但無(wú)法分辨出是哪種管子。測(cè)得的電阻值很小，說(shuō)明該管已擊穿，測(cè)得的電阻值很大，說(shuō)明該管內(nèi)部電路開路。

動(dòng)態(tài)測(cè)量區(qū)分MOSFET和IGBT

首先，用萬(wàn)用表在管柵極上施加電壓，使場(chǎng)效應(yīng)管建立通道。然后測(cè)量D、S與c、e之間的電阻，根據(jù)電阻的差異區(qū)分MOSFET和IGBT。

用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)量?jī)晒艿腄、S、c、e之間的電阻。由于場(chǎng)效應(yīng)管已經(jīng)建立了溝道，因此Rds=Rsd≈0。Rce是放大狀態(tài)下晶體管的導(dǎo)通電阻，Rec是內(nèi)部阻尼二極管的導(dǎo)通電阻，兩者之間有一個(gè)電阻Rce，兩者都是幾千歐姆。

因此，根據(jù)測(cè)量，兩管子的導(dǎo)通程度不同，MOSFET的D、S之間的電阻值遠(yuǎn)小于IGBTc、e之間的電阻值，因此可以區(qū)分MOS和IGBT。

功率半導(dǎo)體是電子設(shè)備中電能轉(zhuǎn)換和電路控制的核心。它們主要用于改變電子設(shè)備中的電壓和頻率，以及DC-AC轉(zhuǎn)換等。

基本上，功率半導(dǎo)體可大致分為兩類：功率分立器件和功率集成電路（功率IC）。

MOSFET和IGBT主要用于將不同電壓、頻率的發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電流，通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換和調(diào)制，轉(zhuǎn)換成具有特定電參數(shù)的電流，供給各種終端電子設(shè)備。

全球功率半導(dǎo)體市場(chǎng)中，占比最高的是工業(yè)控制，占34%，其次是汽車和通信領(lǐng)域各占23%，消費(fèi)電子占20%。

近年來(lái)，功率半導(dǎo)體應(yīng)用已從工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域拓展到新能源、軌道交通、智能電網(wǎng)、逆變家電等市場(chǎng)。據(jù)IHS Markit預(yù)測(cè)，2018年全球功率元件市場(chǎng)規(guī)模約為391億美元。預(yù)計(jì)2021年市場(chǎng)規(guī)模將升至441億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為4.1%。

IC Insights指出，在各類半導(dǎo)體功率元件中，未來(lái)最有前景的產(chǎn)品將是MOSFET和IGBT模塊。

MOSFET是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體，可廣泛應(yīng)用于模擬電路和數(shù)字電路中，具有低導(dǎo)通電阻、低損耗、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、熱阻特性好等優(yōu)點(diǎn)。適用于PC、手機(jī)、移動(dòng)電源、汽車導(dǎo)航、電動(dòng)車、UPS電源等電源控制領(lǐng)域。

2016年，全球MOSFET市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到62億美元，預(yù)計(jì)到2022年，全球MOSFET市場(chǎng)規(guī)模將接近75億美元，其間復(fù)合年增長(zhǎng)率將達(dá)到3.4%。

IGBT是由雙載流子結(jié)型晶體管（BJT）和MOSFET組成的復(fù)合半導(dǎo)體功率器件。憑借MOSFET的高輸入阻抗和BJT的低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點(diǎn)，IGBT非常適合直流電壓600V及以上的變流系統(tǒng)，例如交流電機(jī)、逆變器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等。

來(lái)源：IHS，次級(jí)、MOSFET 和 IGBT 按價(jià)值（十億美元）

隨著消費(fèi)者對(duì)充電效率的要求逐漸提高，手機(jī)充電出現(xiàn)了快充模式，這意味著可以通過(guò)提高電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)大電流、大功率充電。但高電壓存在安全隱患，需要通過(guò)添加整流MOSFET來(lái)調(diào)節(jié)。

后來(lái)出現(xiàn)了更安全的閃充方式，主要是通過(guò)低電壓大電流實(shí)現(xiàn)高速充電，這對(duì)同步整流MOSFET提出了更高的要求。

另一方面是汽車行業(yè)的變化。目前，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已從傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車。汽車電子增長(zhǎng)的最大受益者是功率半導(dǎo)體。傳統(tǒng)燃油汽車中，功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用于啟動(dòng)、停止、安全等領(lǐng)域，占比僅20%。按傳統(tǒng)汽車計(jì)算，按半導(dǎo)體自行車價(jià)值350美元計(jì)算，動(dòng)力元件價(jià)值約為70美元。

但進(jìn)入電動(dòng)汽車這一代，其電池功率模塊需要大量的功率設(shè)備，而功率設(shè)備中就含有功率半導(dǎo)體。混合動(dòng)力汽車動(dòng)力元件占比40%，純電動(dòng)汽車動(dòng)力元件占比55%。按照純電動(dòng)汽車單車半導(dǎo)體價(jià)值750美元計(jì)算，功率半導(dǎo)體價(jià)值約為413美元，約為傳統(tǒng)汽車的6倍。

經(jīng)常問的問題

1.MOSFET和IGBT哪個(gè)更好？

與 IGBT 相比，功率 MOSFET 具有換流速度更快、低壓運(yùn)行效率更高的優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，它可以承受高阻斷電壓并保持高電流。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)功率 MOSFET 結(jié)構(gòu)都是垂直的（不是平面的）。

2.MOSFET可以替代IGBT嗎？

由于 IGBT 的可用電流密度較高，它通常可以處理的電流是其所替代的典型 MOSFET 的兩到三倍。這意味著單個(gè) IGBT 器件可以取代并聯(lián)運(yùn)行的多個(gè) MOSFET 或當(dāng)今可用的任何超大型單功率 MOSFET。