EV和充电桩：IGBT和MOSFET工程选型9个异同点

EV中的电机控制系统、引擎控制系统、车身控制系统均需使用大量的半导体功率器件，它的普及为汽车功率半导体市场打开了增长的窗口。充电桩中决定充电效率和能量转化的关键元件是IGBT和MOSFET。在各类半导体功率器件中，未来增长最强劲的产品将是MOSFET与IGBT模块。

为了帮助工程师选型，特别是中控人机界面方案商的工程师（熟悉通信互联，并不熟悉执行部分和元器件构成），本文提供IGBT和MOSFET基础知识和工程选型要领。一般认为IGBT个大功率大，MOSFET适合开关和小电流驱动，其实IGBT与MOSFET有9大异同点，我们一起来看看。

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IGBT与MOSFET的分类与异同点

IGBT全称是绝缘栅极型功率管，是由双极型三极管 (BJT) 和MOSFET组成的复合全控型电压驱动式半导体功率器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降两方面的优点。MOSFET和IGBT属于电压控制型开关器件，具有开关速度快、易于驱动、损耗低等优势。

MOSFET和IGBT均为集成在单片硅上的固态半导体器件，且都属于电压控制器件。另外，IGBT和MOSFET在栅极和其他端子之间都有绝缘，两种器件全部具有较高的输入阻抗。在应用中，IGBT和MOSFET都可以用作静态电子开关。

在结构上，MOSFET和IGBT看起来非常相似，实则不同。IGBT由发射极、集电极和栅极

端子组成，而MOSFET由源极、漏极和栅极端子组成。IGBT的结构中有PN结，MOSFET没有任何PN结。

IGBT与MOSFET有9大异同点：

1.在低电流区，MOSFET的导通电压低于IGBT，这也是它的优势。不过，在大电流区IGBT的正向电压特性优于MOSFET。此外，由于MOSFET的正向特性对温度具有很强的正向依赖性，因此，IGBT的高温特性更好，导通电压比MOSFET低。

2.IGBT适用于中到极高电流的传导和控制，而MOSFET适用于低到中等电流的传导和控制。

3.IGBT不适合高频应用，它能在千Hz频率下运行良好。MOSFET特别适合非常高频的应用，它可以在兆Hz频率下运行良好。

4.IGBT的开关速度比较低，MOSFET开关速度非常高。

5.IGBT可以承受非常高的电压以及大功率，MOSFET仅适用于低至中压应用。

6.IGBT具有较大的关断时间，MOSFET的关断时间较小。

7.IGBT可以处理任何瞬态电压和电流，但当发生瞬态电压时，MOSFET的运行会受到干扰。

8.MOSFET器件成本低，价格便宜，而IGBT至今仍属于较高成本器件。

9.IGBT适合高功率交流应用，MOSFET适合低功率直流应用。

上述这些差别，在应用上MOSFET和IGBT各有侧重点。通常，MOSFET的额定电压约为600V，而IGBT的额定电压能够达到1400V。从额定电压角度看，IGBT主要用于更高电压的应用。从工作频率角度看，IGBT通常在低于20kHz的开关频率下使用，此时它们比单极性MOSFET具有更高的开关损耗。

对于低频 (小于20kHz) 、高压 (大于1000V) 、小或窄负载或线路变化、高工作温度，以及超过5kw的额定输出功率应用，IGBT是首选。而MOSFET更适合低电压 (小于250V) 、大占空比和高频 (大于200KHz) 的应用。

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MOSFET特别适合高频开关应用

作为电源开关，选择的MOSFET应该具有极低的导通电阻、低输入电容 (即Miller电容) 以及极高的栅极击穿电压，这个数值甚至高到足以处理电感产生的任何峰值电压。另外，漏极和源极之间的寄生电感也是越低越好，因为低寄生电感可将开关过程中的电压峰值降至最低。

MOSFET的优点决定了它非常适合高频且开关速度要求高的应用。在开关电源 (SMPS) 中，MOSFET的寄生参数至关重要，它决定了转换时间、导通电阻、振铃 (开关时超调) 和背栅击穿等性能，这些都与SMPS的效率密切相关。

对于门驱动器或者逆变器应用，通常需要选择低输入电容 (利于快速切换) 以及较高驱动能力的MOSFET。

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IGBT适合高压大电流应用

与MOSFET相比，IGBT开关速度较慢，关断时间较长，不适合高频应用。

IGBT的主要优势是能够处理和传导中至超高电压和大电流，拥有非常高的栅极绝缘特性，且在电流传导过程中产生非常低的正向压降，哪怕浪涌电压出现时，IGBT的运行也不会受到干扰。

在实际应用中，逆变技术对IGBT的参数要求并不是一成不变的，对IGBT的要求各不相同。

综合来看，下面这些参数在IGBT的选择中是至关重要的。

一是额定电压，在开关工作的条件下，IGBT的额定电压通常要高于直流母线电压的两倍。

二是额定电流，由于负载电气启动或加速时，电流过载，要求在1分钟的时间内IGBT能够承受1.5倍的过流。

三是开关速度。

四是栅极电压，IGBT的工作状态与正向栅极电压有很大关系，电压越高，开关损耗越小，正向压降也更小。