在SMPS应用中选择IGBT和MOSFET的比较

开关电源（SwitchModePowerSupply；SMPS）的性能在很大程度上依赖于功率半导体器件的选择，即开关管和整流器。虽然没有万全的方案来解决选择IGBT还是MOSFET的问题，但针对特定SMPS应用中的IGBT和MOSFET进行性能比较，确定关键参数的范围还是能起到一定的参考作用。本文将对一些参数进行探讨，如硬开关和软开关ZVS（零电压转换）拓扑中的开关损耗，并对电路和器件特性相关的三个主要功率开关损耗—导通损耗、传导损耗和关断损耗进行描述。此外，还通过举例说明二极管的恢复特性是决定MOSFET或IGBT导通开关损耗的主要因素，讨论二极管恢复性能对于硬开关拓扑的影响。

SMPS的进展

一直以来，离线式SMPS产业由功率半导体产业的功率元件发展所推动。作为主要的功率开关器件IGBT、功率MOSFET和功率二极管正不断改良，相应地也是明显地改善了SMPS的效率，减小了尺寸，重量和成本也随之降低。由于器件对应用性能的这种直接影响，SMPS设计人员必须比较不同半导体技术的各种优缺点以优化其设计。例如，MOSFET一般在较低功率应用及较高频应用（即功率《1000W及开关频率≥100kHz）中表现较好，而IGBT则在较低频及较高功率设计中表现卓越。为了做出真实的评估，笔者在SMPS应用中比较了来自飞兆半导体的IGBT器件FGP20N6S2（属于SMPS2系列）和MOSFET器件FCP11N60（属于SuperFET产品族）。这些产品具有相近的芯片尺寸和相同的热阻抗RθJC，代表了功率半导体产业现有的器件水平。

导通损耗

除了IGBT的电压下降时间较长外，IGBT和功率MOSFET的导通特性十分类似。由基本的IGBT等效电路（见图1）可看出，完全调节PNPBJT集电极基极区的少数载流子所需的时间导致了导通电压拖尾（voltagetail）出现。