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MOSFET选择策略详解

2012年04月03日 11:15 本站整理 作者:秩名 用户评论(0

  在70年代晚期推出MOSFET之前,晶闸管和双极结型晶体管(BJT)是仅有的功率开关。BJT是电流控制器件,而MOSFET是电压控制器件。在80年代,IGBT面市,它仍然是一种电压控制器件。MOSFET是正温度系数器件,而IGBT则不一定。MOSFET是多数载流子器件,因而是高频应用的理想选择。将直流电转换为交流电的逆变器,可以在超声频率下工作以避免音频噪声。相比IGBT,MOSFET还具有高抗雪崩能力。在选择MOSFET时,工作频率是一个重要因素。相比同等MOSFET,IGBT具有较低的箝位能力。在IGBT和MOSFET之间选择时,必须考虑逆变器输入的直流总线电压、功率定额、功率拓扑和工作频率。IGBT通常用于200V及以上的应用,而MOSFET可以用于从20V到1000V的应用。虽然飞兆半导体公司拥有300V的IGBT,但MOSFET的开关频率却比IGBT高出许多。

  较新型的MOSFET具有更低的传导损耗和开关损耗,在直到600V的中等电压应用中正在取代IGBT。设计替代性能源电力系统、UPS、开关电源(SMPS)和其他工业系统的工程师正不断设法改进这些系统的轻载和满载效率、功率密度、可靠性和动态性能。风能是增长最快的能源之一,一个应用实例就是风力机叶片控制,其中使用了大量的MOSFET器件。通过迎合不同的应用需求,特定应用的MOSFET可以帮助实现这些改进。

  其它需要新型和特定MOSFET解决方案的近期应用,包括易于安装在家庭车库和商业停车场的电动汽车(EV)充电系统。这些EV充电系统将通过光伏(PV)太阳能系统和公用电网运行。壁挂式EV充电站必须实现快速充电。对于通信电源而言,PV电池充电站也将变得重要。

  三相电机驱动和UPS逆变器需要相同类型的MOSFET,但PV太阳能逆变器可能需要不同的MOSFET,如Ultra FRFET MOSFET和常规体二极管MOSFET。最近几年,业界大量投资PV太阳能发电。大多数增长开始于住宅太阳能项目,但较大的商业项目正在出现:诸如多晶硅价格从2007年400美元/千克跌落至2009年70美元/千克等事件,都促进了巨大的市场增长。

  正在普及的并网逆变器是一种将直流电转换为交流电并注入现有公用电网的专用逆变器。直流电源由可再生能源产生,比如小型或大型的风力机组或PV太阳能电池板。该逆变器也被称为同步逆变器。仅当连接至电网时,并网逆变器才会工作。今天市场上的逆变器采用了不同的拓扑设计,取决于设计的权衡要求。独立式逆变器采用不同设计,以按照整、滞后或超前功率因数供电。

  对PV太阳能系统的市场需求早已存在,因为太阳能可以帮助降低高峰电力成本,能够消除燃料成本的波动性,可为公用电网提供更多的电力,还可作为“绿色”能源进行推广。

  美国政府已经设定了目标,要求国家电力的80%来自绿色能源。原因如上所述,结合美国政府的目标,PV太阳能解决方案已经成为一个不断增长的市场。这带来了对MOSFET器件不断增长的需求。如果优化不同拓扑的MOSFET器件,终端产品的解决方案可实现显著的效率提升。

  高开关频率应用需要以牺牲RDSON为代价来降低MOSFET的寄生电容,而低频应用却要求以降低RDSON为最高优先级。对于单端应用,MOSFET体二极管的恢复并不重要,但对于双端应用却非常重要,因为它们需要低tRR、QRR和更软的体二级管恢复。在软开关双端应用中,这些要求对于可靠性极其重要。在硬开关应用中,随着工作电压增加,导通和关断损耗也将增加。为减少关断损耗,可以根据RDSON来优化CRSS和COSS。

  MOSFET支持零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)拓扑,不过IGBT却仅支持ZCS拓扑。通常,IGBT用于大电流和低频开关,而MOSFET则用于小电流和高频开关。混合模式仿真工具可以用来设计特定应用的MOSFET。在硅和沟槽技术方面的进展降低了导通电阻(RDSON)和其他动态寄生电容,并改进了MOSFET的体二极管恢复性能。封装技术也在这些特定应用的MOSFET中发挥了作用。

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( 发表人:电子大兵 )

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