MOS管、IGBT的区别

MOS管，即Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，是我们常见的一种半导体器件，也被广泛称为MOSFET。

这种器件的工作原理独特且高效，主要是通过控制栅极电压来调控电流在两个源极和漏极之间的流动，这也是其被称为场效应晶体管（Field-Effect Transistor，简称FET）的原因。

在深入了解MOS管的工作原理之前，我们先来详细解析一下它的结构。 MOS管主要由三部分构成：金属（Metal）、氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）。

金属部分，也就是栅极，位于器件的顶部，而源极和漏极则位于器件的底部，二者之间被一层氧化物绝缘层隔开。当我们在栅极上施加电压时，这层氧化物绝缘层会产生一个电场。

这个电场会进一步影响半导体材料中的电荷分布，形成一个导电通道，使电流可以从源极流向漏极。这个过程被称为“ 场效应” ，因为是通过电场而非直接通过电荷的流动来控制电流的。

此外，通过改变栅极上的电压，我们可以调控导电通道的宽度，从而改变源极和漏极之间的电阻，实现电流的精确控制。这就是MOS管作为开关或放大器在电子设备中广泛应用的原因。

在实际应用中，MOS管的表现往往受到许多因素的影响，如温度、电压和电流的大小、材料的特性等。因此，设计和使用MOS管需要深入了解这些物理原理，并根据具体的应用需求进行合理的参数设置和优化MOS管的种类：

MOS管是FET的一种（另一种为JFET结型场效应管），主要有两种结构形式：N沟道型和P沟道型; 又根据场效应原理的不同，分为耗尽型（当栅压为零时有较大漏极电流）和增强型（当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流）两种。

因此，MOS管可以被制构成P沟道增强型、P沟道耗尽型、N沟道增强型、N沟道耗尽型4种类型产品。

MOS管特点：

1. MOS管的输入阻抗极高，这得益于其栅极上的绝缘膜氧化物，其阻抗值非常大。因此，其输入端几乎不消耗电流，使其非常适合作为电子开关使用。

2. MOS管的导通电阻非常低，可以低至几个毫欧，从而实现了极低的传导损耗。

3. MOS管的开关速度非常快，并且开关损耗也很低，这使得它特别适合用于PWM输出模式。

4. MOS管在电路设计方面具有很大的灵活性，其栅极偏压可以是正、负或零。相比之下，三极管只能在正向偏置下工作，而电子管则只能在负偏压下工作。

5. MOS管具有低功耗、性能稳定、抗辐射能力强等优点，并且制造成本低廉，占用空间小，具有高整合度。

6. 需要注意的是，MOS管的栅极很容易被静电击穿。由于其栅极输入阻抗大，感应电荷难以释放，高压很容易击穿绝缘层，从而导致损坏。

由于MOS管具有上述诸多优势，现在芯片内部集成的几乎都是MOS管。

IGBT：即绝缘栅双极型晶体管，是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，由双极型三极管（BJT）和绝缘栅型场效应管（MOS）组成。它兼具金氧半场效晶体管（MOSFET）的高输入阻抗和电力晶体管（GTR）的低导通压降两大优点。

GTR具有低饱和压降和高载流密度的特点，但其驱动电流相对较大，这主要归因于其Vbe值为0.7V，而Ic可以很大，这取决于PN结的材料和厚度。另一方面，MOSFET的驱动功率很小，开关速度快，但其导通压降较大，载流密度较小。这是因为MOS管存在Rds，当Ids较大时，会导致Vds也较大。

IGBT成功结合了以上两种器件的优势，具有较小的驱动功率和较低的饱和压降，因此非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路以及牵引传动等领域。

IGBT的主要功能是将高压直流电转换为交流电，并实现变频控制，因此在电动车等领域得到了广泛应用。N沟道IGBT的简化等效电路和电气图形符号如下：

当栅极G处于高电平时，NMOS晶体管导通，从而使得PNP晶体管的CE极间也导通，允许电流从CE极间流过。相反，当栅极G处于低电平时，NMOS晶体管截止，因此PNP晶体管的CE极间也截止，此时没有电流流过。

IGBT与MOSFET不同，内部没有寄生的反向二极管，因此在实际使用中(感性负载)需要搭配适当的快恢复二极管。

优点：

1. 具有卓越的电压和电流处理能力。

2. 极高的输入阻抗。

3. 可使用极低电压控制高电流的切换。

4. 配备电压控制装置，无输入电流，实现低输入损耗。

5. 栅极驱动电路简易且经济，降低了对栅极驱动的要求。

6. 通过施加正电压轻松开启，施加零电压或轻微负电压则可轻松关闭。

7. 拥有极低导通电阻。

8. 高电流密度，使得芯片尺寸更为紧凑。

9. 相较于BJT和MOS管，具有更高的功率增益。

10. 开关速度超越BJT。

11. 可使用低控制电压切换高电流电平。

12. 双极性质，提升传导性。

13. 安全可靠。

缺点：

1. 开关速度相较于MOS管稍显逊色。

2. 由于其单向性，无法直接处理AC波形，需附加电路支持。

3. 不能承受过高的反向电压。

4. 价格高于BJT和MOS管。

5. 采用类似于晶闸管的P-N-P-N结构，存在锁存问题。

MOS管和IGBT应用区别：