一文知道IGBT和MOSFET的工作区命名

来源：公众号 耿博士电力电子技术

搞电力电子的应该都知道IGBT和MOSFET属于全控型电力电子器件，在应用的时候把它当作一个开关就可以了，但估计很少人能够说出IGBT和MOSFET工作区的命名和区别，同时由于不同参考书对工作区的命名又有很多种，很容易让人混淆。通过对IGBT和MOSFET工作区命名的解析能够帮助我们加深对器件的理解。因此，老耿觉得有必要单独将这个话题拿出来讨论一下。

让我们先来看看MOSFET输出特性曲线的几个工作区：

图1.MOSFET输出特性曲线

①正向阻断区（也称为截止区，夹断区）：

当栅极电压Vgs＜Vgs（th）时，MOSFET沟道被夹断，漏极电流Id=0，管子不工作。

②恒流区（也称饱和区、有源区、线性放大区）

当栅极电压Vgs≥Vgs（th），且漏极电压Vds》Vgs-Vgs（th），为图1中预夹断轨迹右侧区域。该区域内，当Vgs一定时，漏极电流Id几乎不随漏源电压Vds变化，呈恒流特性，因此称为恒流区或饱和区（漏极电流Id饱和）。

由于该区域内，Id仅受Vgs控制，这时MOSFET相当于一个受栅极电压Vgs控制的电流源，当MOSFET用于放大电路时，一般就工作在该区域，所以也称为放大区。

至于为什么也称为有源区（activeregion），主要是由于MOSFET属于有源器件（activecomponents），有源器件一般用来信号放大、变换等。只有在该区域才能够体现出栅极电压对器件的控制作用，当器件完全导通或截止时，栅极电压基本失去了对器件的控制作用，因此部分书籍也将activeregion翻译为主动控制区。

③欧姆区（也称为可变电阻区、非饱和区）：

当栅极电压Vgs≥Vgs（th），且Vds＜Vgs-Vgs（th）时，为图中预夹断轨迹左边的区域，在该区域Vds值较小，沟道电阻基本上仅受Vgs控制。

当栅极电压Vgs一定时，Id与Vds成线性关系，表现为电阻特性，因此称为欧姆区。

当漏极电压Vds一定时，MOSFET相当于一个受栅极电压Vgs控制的可变电阻，因此叫做可变电阻区。有些书籍也将该区称为非饱和区，非饱和是指漏源电压Vds增加时漏极电流Id也相应增加，与上面提到的饱和区相对应。

④雪崩击穿区：

当漏源Vds大于某一特定最高允许的电压Vbrdss时，MOSFET会出现雪崩击穿，器件会损坏。

⑤反向导通区：

MOSFET反向运行特性表现为一个类似二极管的特性曲线，主要是由体内寄生二极管造成的，有些MOSFET为了改善寄生二极管的特性，会专门反并联一个外部二极管，这时候MOSFET的反向特性就主要取决于反并联二极管的正向导通特性了。

让我们再来看一下IGBT输出特性曲线的几个工作区：

图2.IGBT输出特性曲线

①正向阻断区（截止区）：

当门极电压Vge＜Vge（th），IGBT内部MOS沟道被夹断，IGBT工作在截止区，由于外部电压Vce的存在，此时IGBT集电极-发射极之间存在很小的漏电流Ices。

②有源区（线性放大区）：

当门极电压Vge≥Vge（th），且Vce》Vge-Vge（th）时，IGBT工作在图2预夹断轨迹右侧区域，此时流入到N-基区的电子电流In受到门极电压的控制，进而限制了IGBT内部PNP晶体管的基极电流，最终空穴电流Ip也受到限制，因此该区域的IGBT集电极电流Ic会进入饱和状态（类似MOSFET），至于IGBT为什么不称该区域为饱和区，可能是为了与导通后的电压饱和区分开。

由于该区域IGBT的集电极电流主要受门极电压控制，因此也称为放大区或有源区。我们常说的有源门极驱动或主动门极控制指的就是控制IGBT在该区域的开关轨迹。IGBT在有源区损耗会很大，应该尽快跨过该区域。

③饱和区：

当Vge≥Vge（th），且Vce＜Vge-Vge（th）时，IGBT处于饱和区（电压饱和），该区域集电极电流基本不再受门极电压控制，主要由外部电路决定。该区域的曲线和MOS类似，但是名字却不一样，主要是因为IGBT完全导通后的饱和压降主要取决于电导调制，而MOS的导通压降主要取决于漏极电流（呈电阻特性）。

④雪崩击穿区：

当IGBT的集电极-发射极电压Vce大于某一特定最高允许电压Vbrces时，IGBT会出现雪崩击穿，器件会损坏。

⑤反向阻断区：

我们常用的IGBT都属于非对称结构，器件的反向电压阻断能力要远小于IGBT的正向电压阻断能力。同时由于工业现场的很多负载都是阻感负载，在IGBT关断时刻，必须为负载提供续流回路，因此IGBT模块内部都并联了续流二极管，这样IGBT的反向特性就取决于续流二极管的的正向导通特性。但是一些特殊的场合需要IGBT具有双向阻断能力，因此，才有了反向阻断的IGBT，也成为逆阻IGBT：RB-IGBT（ReverseBlocking），这类器件用的很少，一般很难买到，这时候你可以采用IGBT和二极管串联的方式实现同样的功能。

通过对比可知，IGBT与MOSFET对饱和区的定义有所不同，MOSFET的饱和区指的是电流饱和，而IGBT的饱和区指的是电压饱和，希望大家不要搞混哦。
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