MOS功率开关-凡亿课堂

首先祝大家五一快乐，今天翻看私信，看到有个朋友留言IGBT，本来计划是想先讲一下双极型晶体管后才衍生讲MOS，那既然有朋友想要了解，那我今天就先把MOS和IGBT都简答讲一下。

我们知道在开关电源中，功率MOS是最常选用的功率开关器件，在大多是场合下，它的成本和导通损耗其实和双极型晶体管是相当的，但是MOS管的开关速度确是它的5~10倍左右，所以在电源设计时被广泛使用。

MOS和双极型晶体的最本质的区别就是：MOS是电压控制电流源，而双极型晶体是电流控制晶体。我们为了驱动MOS进入饱和区，需要在栅极和源级之间加上足够的电压，以使漏极能流过预期的最大电流。我们把栅级电压和漏极电流之间的关系称为跨导，也就是我们通常使用的gm。

功率MOS通常分为两大类：一类是我们平常使用的普通MOS，这种MOS的Vgs大约为8~10V，以保证额定的漏极电流。另一类是逻辑电平MOS，这类MOS的Vgs只要4~4.5V左右就可以了，而且这类MOS管的漏源级电压额定值比较低，大约为60V以下。

MOS管的开关速度一般在40~80ns，如果要快速驱动MOS，我们可以考虑功率MOS中固有的寄生电容，这个电容参数我们可以在MOS管的数据表中查询到。

基于CMOS器件的驱动电路工作起来更像是一个电流受限的输入输出源，它的开关速度是通过在驱动电路和栅极之间串联上一个电阻来控制，如果我们想要要求比较快的开关速度，通过我的经验，建议不用大于27Ω的电阻。

IGBT功率开关是功率MOS和双极型晶体管组成的复合器件，内部示意图如下所示：

IGBT比起MOS的优越性在于它可以节约硅片的面积及具有双级型晶体管的电流特性，但是同时也有两个缺点：从图上，我们可以看到，它有两个串联的PN结，所以它的饱和压降相对于MOS比较高；另外一个IGBT有比较长的拖尾电流，会增加开关损耗。拖尾电流使它的开关频率限制在20KHz以下。我们一般把这类功率开关运用在驱动工业电动机上，因为它的开关频率刚好超过人体的听觉范围，所以在工业电动机的驱动部分是比较理想的。

因为IGBT的实用性，所以很多公司都对其进行研究，原先的拖尾时间大约为5us，现在大约只有100ns，而且还在继续缩短。饱和时间也从原来的4V降低到了2V。

IGBT虽然好用，但是也存在一个无法跨越的鸿沟，IGBT在低压DC-DC变换器的使用中还存在问题；所以我们一般在考虑在输入电压大于AC220，功率大于1KW的场合下，优先考虑使用IGBT，其他低压或者低功率的场合下，还是MOS管比较常用。

还有一个就是IGBT和MOS有相同的栅极驱动驱动特性，所以MOS的驱动IC用在IGBT上也可以很好的工作。

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