作者：Bill Schweber, Mouser Electronics 關(guān)鍵參數(shù) 如同大多數(shù)電子元件一樣，有幾個主要的參數(shù)和性能規(guī)格往往決定設(shè)備和應(yīng)用之間的初始匹配情況。隨后是大量的二級參數(shù)，然后通過第三級參數(shù)，所有這些參數(shù)的組合，達(dá)成一個合適的選擇結(jié)果。當(dāng)然，沒有所謂的“最佳”選擇，因?yàn)槿魏巫罱K選擇都牽涉到對許多組件選擇間（當(dāng)然包括成本）不可避免的權(quán)衡。對于兩種器件，主要參數(shù)是電流處理能力和峰值電壓額定值，因?yàn)檫@兩個參數(shù)決定了某個特定部分是否可以支撐電機(jī)的負(fù)荷需求。 對于MOSFET，接下來的關(guān)鍵參數(shù)是導(dǎo)通電阻（RDS（ON））和柵極電容。較低的導(dǎo)通電阻意味著降低電阻損耗和導(dǎo)通時的電壓降，并因此降低了散熱負(fù)荷并提高了效率。MOSFET設(shè)計(jì)的進(jìn)步降低了導(dǎo)通電阻的大小，已經(jīng)可以低至幾十毫歐，雖然已經(jīng)算小，但在處理數(shù)十或數(shù)百安電流時仍然是一個潛在麻煩。 柵極電容決定門完全打開和關(guān)閉所需的電流和轉(zhuǎn)換速率，這些決定了管子是否具備所需的轉(zhuǎn)換時間（與開關(guān)速度相關(guān)）。待注入或拉出的電流量的基本計(jì)算公式??? I = C dV/dt，沒辦法繞開這兩個重要參數(shù)。 對于IGBT，接下來的關(guān)鍵指標(biāo)是導(dǎo)通狀態(tài)下約2 V的壓降Vdrop，該值是內(nèi)部PN結(jié)的二極管壓降及MOSFET內(nèi)在驅(qū)動的壓降之和;它不會低于單個二極管的閾值。 如果這些參數(shù)是靜態(tài)的，選擇會更容易些。但實(shí)際情況是，MOSFET的RDS（on）和IGBT Vdrop都受到溫度和電流大小的影響，并且這些功率器件確實(shí)存在顯著自熱。對于MOSFET，該電壓降主要來自電阻并且和電流成正比，而RDS（on）則隨溫度增加。對于IGBT，電壓降表現(xiàn)出二極管性質(zhì)，隨著電流對數(shù)而增加，并且相對溫度來說是恒定的（圖5）。 圖5：兩種器件在相同電流密度時導(dǎo)通狀態(tài)下的電壓降與在溫度的關(guān)系。IPP60R099C6是一個超結(jié)功率MOSFET管，而IRGP4063D是溝道型IGBT（圖片來自于國際整流器AN-983）。 在比較MOSFET和IGBT時，一般情況下前者提供了更快的開關(guān)速度（MHz）、更高的峰值電流和更寬的SOA（安全工作區(qū)）。但它們的傳導(dǎo)強(qiáng)烈依賴于溫度和額定電壓;隨著額定電壓的上升，其積分二極管反向恢復(fù)性能惡化，增加了開關(guān)損耗。 IGBT可提供更高的額定電流，而且堅(jiān)固耐用，但是開關(guān)速度較慢;它們?nèi)狈?nèi)部的反向恢復(fù)二極管意味著必須找到協(xié)同封裝了二極管的一個IGBT來匹配您的應(yīng)用。 對于電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用，主要原則是在較低的電壓和電流以及較高的開關(guān)頻率時選擇MOSFET; IGBT則在較高電壓/電流和較低頻率時是更好的選擇。注意：所有指南也存在很多例外，這取決于應(yīng)用的具體情況。由于大多數(shù)電機(jī)只需要較低頻率的操作（是極數(shù)和最大轉(zhuǎn)速的函數(shù)），IGBT對這類應(yīng)用是一個可行的選擇。 散熱和封裝方面的考慮 如果在電機(jī)驅(qū)動器中選擇MOSFET和IGBT的討論中不涉及散熱和封裝，那么這種討論是不完整的。由于電機(jī)涉及功率控制，開關(guān)元件必須將熱耗消散出去，而這種不可避免的熱量源自內(nèi)部損耗。業(yè)界已經(jīng)出臺這些器件封裝尺寸和類型的標(biāo)準(zhǔn)（針對小/中等功率水平的選擇有D2PAK，D-Pak，TO-220，TO-227，和TO-262），因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)中給出的選擇較少從而也簡化了散熱器和冷卻的候選項(xiàng)。 在一定功率水平下對封裝及其散熱性能的熱建模是至關(guān)重要的。供應(yīng)商提供詳細(xì)的熱模型，其基本模型相當(dāng)直觀。供應(yīng)商還提供應(yīng)用筆記，幫助設(shè)計(jì)師走通基礎(chǔ)實(shí)例。初級模型通常只是一個電子表格，而更先進(jìn)的熱分析應(yīng)用項(xiàng)目可能需要調(diào)查散熱和相關(guān)選項(xiàng)。MOSFET和IGBT都可以并聯(lián)以容納更高的電流或物理上分散的熱源——這一特性通常在電機(jī)驅(qū)動時很必要——但是每一個附加無源元件需要不同的配置，以平衡和匹配電流。 除組件散熱情況之外還有很多地方也需要建模。即使你能散掉MOSFET或IGBT的足夠熱量，以保證滿足其額定SOA要求，但熱量必須轉(zhuǎn)移到某個地方。在某些情況下，有一個簡單的達(dá)到“外部”的耗散路徑，但在許多情況下，器件排出的熱量將成為PC板或封裝盒其余部分的麻煩。因此，熱分析必須關(guān)注散熱對全系統(tǒng)的影響，尤其是因?yàn)樵S多電機(jī)應(yīng)用都是封閉的或其環(huán)境具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)性，比如環(huán)境溫度非常高而冷卻空氣流很低。 做出選擇 在大多數(shù)情況下沒有個別模型的單一“最佳”選擇，甚至MOSFET或IGBT之間也沒有“最佳”選擇。實(shí)際情況是，綜合許多性能參數(shù)和它們的相對優(yōu)先級，以及可用性和成本從而作出決定。 幸運(yùn)的是，MOSFET和IGBT的供應(yīng)商很多，雖然這可能是個大麻煩，因?yàn)闀霈F(xiàn)選擇風(fēng)暴。如有疑問，起初可以選擇這樣的供應(yīng)商：提供一般設(shè)計(jì)問題的齊全應(yīng)用筆記，輔以特定應(yīng)用的詳細(xì)設(shè)計(jì)（和它們的分析），這些應(yīng)用就可以拿來作為一個起始設(shè)計(jì)。一些廠商同時提供MOSFET和IGBT，這樣他們就可以提供兩種開關(guān)類型使用選擇的權(quán)衡評估。當(dāng)然，經(jīng)過驗(yàn)證的參考設(shè)計(jì)庫（布局，BOM）也很關(guān)鍵。 如果選擇看似矛盾或者難度太大，一個好的策略是與分銷商緊密合作，像貿(mào)澤電子這樣的分銷商儲備了一大堆兩種器件的備選件，這些備選件來自于Vishay、仙童、安森美半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、英飛凌等知名大廠。只需要一個網(wǎng)站，工程師就可以下載數(shù)據(jù)手冊，應(yīng)用筆記，成熟的參考設(shè)計(jì)，甚至是比較不同的產(chǎn)品以獲取針對他們具體應(yīng)用的相關(guān)屬性間的權(quán)衡評估。 作者簡介： Bill Schweber Bill Schweber是一名電子工程師撰寫過三本有關(guān)電子通信系統(tǒng)的書籍，并撰寫過數(shù)百篇技術(shù)論文和專欄文章，在他EETIME擔(dān)任過網(wǎng)站管理，在EDN擔(dān)任過執(zhí)行主編。他擁有學(xué)士和碩士學(xué)位，是一名注冊工程師。 貿(mào)澤電子微信號傳播技術(shù)干貨，發(fā)布文章均為獨(dú)家原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請注明如下信息： 出處：貿(mào)澤電子公共號 微信號：mouserelectronics (mbbeetchina)