作者：Bill Schweber, Mouser Electronics 關鍵參數(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)格往往決定設備和應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，達成一個合適的選擇結果。當然，沒有所謂的“最佳”選擇，因為任何最終選擇都牽涉到對許多組件選擇間（當然包括成本）不可避免的權衡。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，因為這兩個參數(shù)決定了某個特定部分是否可以支撐電機的負荷需求。 對于MOSFET，接下來的關鍵參數(shù)是導通電阻（RDS（ON））和柵極電容。較低的導通電阻意味著降低電阻損耗和導通時的電壓降，并因此降低了散熱負荷并提高了效率。MOSFET設計的進步降低了導通電阻的大小，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閉所需的電流和轉換速率，這些決定了管子是否具備所需的轉換時間（與開關速度相關）。待注入或拉出的電流量的基本計算公式??? I = C dV/dt，沒辦法繞開這兩個重要參數(shù)。 對于IGBT，接下來的關鍵指標是導通狀態(tài)下約2 V的壓降Vdrop，該值是內部PN結的二極管壓降及MOSFET內在驅動的壓降之和;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，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通狀態(tài)下的電壓降與在溫度的關系。IPP60R099C6是一個超結功率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)）。但它們的傳導強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性能惡化，增加了開關損耗。 IGBT可提供更高的額定電流，而且堅固耐用，但是開關速度較慢;它們缺乏內部的反向恢復二極管意味著必須找到協(xié)同封裝了二極管的一個IGBT來匹配您的應用。 對于電機驅動應用，主要原則是在較低的電壓和電流以及較高的開關頻率時選擇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，這取決于應用的具體情況。由于大多數(shù)電機只需要較低頻率的操作（是極數(shù)和最大轉速的函數(shù)），IGBT對這類應用是一個可行的選擇。 散熱和封裝方面的考慮 如果在電機驅動器中選擇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。由于電機涉及功率控制，開關元件必須將熱耗消散出去，而這種不可避免的熱量源自內部損耗。業(yè)界已經(jīng)出臺這些器件封裝尺寸和類型的標準（針對小/中等功率水平的選擇有D2PAK，D-Pak，TO-220，TO-227，和TO-262），因為標準中給出的選擇較少從而也簡化了散熱器和冷卻的候選項。 在一定功率水平下對封裝及其散熱性能的熱建模是至關重要的。供應商提供詳細的熱模型，其基本模型相當直觀。供應商還提供應用筆記，幫助設計師走通基礎實例。初級模型通常只是一個電子表格，而更先進的熱分析應用項目可能需要調查散熱和相關選項。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驅動時很必要——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，但熱量必須轉移到某個地方。在某些情況下，有一個簡單的達到“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，熱分析必須關注散熱對全系統(tǒng)的影響，尤其是因為許多電機應用都是封閉的或其環(huán)境具有相當大的挑戰(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。 幸運的是，MOSFET和IGBT的供應商很多，雖然這可能是個大麻煩，因為會出現(xiàn)選擇風暴。如有疑問，起初可以選擇這樣的供應商：提供一般設計問題的齊全應用筆記，輔以特定應用的詳細設計（和它們的分析），這些應用就可以拿來作為一個起始設計。一些廠商同時提供MOSFET和IGBT，這樣他們就可以提供兩種開關類型使用選擇的權衡評估。當然，經(jīng)過驗證的參考設計庫（布局，BOM）也很關鍵。 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、安森美半導體、意法半導體、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，應用筆記，成熟的參考設計，甚至是比較不同的產(chǎn)品以獲取針對他們具體應用的相關屬性間的權衡評估。 作者簡介： Bill Schweber Bill Schweber是一名電子工程師撰寫過三本有關電子通信系統(tǒng)的書籍，并撰寫過數(shù)百篇技術論文和專欄文章，在他EETIME擔任過網(wǎng)站管理，在EDN擔任過執(zhí)行主編。他擁有學士和碩士學位，是一名注冊工程師。 貿澤電子微信號傳播技術干貨，發(fā)布文章均為獨家原創(chuàng)文章，轉載請注明如下信息： 出處：貿澤電子公共號 微信號：mouserelectronics (mbbeetchina)