MOSFET和IGBT是當前變流器中應用最廣泛，最重要的兩類核心器件。MOSFET主要應用在低壓和中壓（中小功率），IGBT主要應用在高壓和中壓（大功率）領域。

關于MOSFET已經有很充分的精辟的論述，在此不再重復，只對個別問題作一點補充。IGBT的討論還較少，因此，是本文的主要討論對象。

首先來說MOSFET

提一個基礎性問題：驅動MOSFET導通的最佳柵電壓是多少伏？

絕大多數人的回答是：15V。這個答案不能說錯，但是，這活干得太粗。

MOSFET的導通電阻是隨柵電壓的提高而下降，當柵電壓達到一定值時，導通電阻就基本不會再降了，暫且稱之為“充分導通”，一般認為這個電壓是低于15V的。

實際上，不同耐壓的MOSFET達到充分導通的柵電壓是不同的。基本規律是：耐壓越高的MOSFET，達到充分導通的柵電壓越低；耐壓越低的MOSFET，達到充分導通的柵電壓越高。我查閱了各種耐壓MOSFET的VGS－RDS曲線，得到的結論是：耐壓200V的MOSFET達到充分導通的柵電壓＞16V；耐壓500V的MOSFET達到充分導通的柵電壓＞12V；耐壓1000V的MOSFET達到充分導通的柵電壓＞8V。因此，建議：耐壓200V及以下的MOSFET柵驅動電壓＝17－18V；耐壓500V的MOSFET柵驅動電壓＝15V；耐壓1000V的MOSFET柵驅動電壓＝12V。

說了MOSFET的驅動電壓，再來說說IGBT的驅動電壓，IGBT的驅動電壓為15±1.5V，與IGBT的耐壓無關。驅動電壓低于13.5V，IGBT的飽和壓降會明顯增高；高于16.5V，既沒有必要，還可能帶來不利的影響。

再談IGBT

某些用IGBT作為主功率器件的變流器，IGBT的輸出直接與外部負載連接，例如驅動電機調速的變頻器，司服系統等等。一旦負載短路，就會造成IGBT極為嚴重的過流，此時IGBT會有多大的電流呢？大約是IGBT額定電流的幾倍到十幾倍，過流的嚴重程度與IGBT的柵驅動電壓相關，即，當IGBT的驅動電壓在14V以下時，其短路電流就較小，約是其額定電流的幾倍；當IGBT的驅動電壓在16V以上時，其短路電流就很大，約是其額定電流的十幾倍，顯然，這么大的短路電流，對IGBT極具破壞性。雖然，IGBT號稱有10微秒的抗短路能力，十幾倍的額定電流也是難于承受的，我的經驗是，最多只能承受一次，第二次就玩完。因此，建議，如果有條件嚴格控制IGBT的驅動電壓的話，此類變流器IGBT的柵電壓為14.5－15.5V為宜。

IGBT的主要技術參數之最大額定電流的定義：在一定的殼溫條件下，可以連續通過集電極的最大電流（直流）。

我們必須關注的是：最大額定電流指的是直流，也就是說，不能有開關動作，而且，柵電壓為15V，即IGBT在良好導通的情況下。此時結溫不高于規格書中的最高值。

而實際應用時總是有開關動作的，開關時的瞬時功耗遠遠大于導通時的瞬時功耗，一般正常工作時，導通時的峰值電流應小于其最大額定電流，應該小多少為合理呢？這個問題不能一概而論。這與所選的IGBT的品牌，開關速度，工作頻率，母線電壓，外殼溫度等等多種因素有關。最好向原生產商的技術支持咨詢。

我曾經向三菱作過咨詢，采用三菱的IGBT模塊，設計AC380V的通用變頻器，工作頻率6－7KHZ，選擇相應適用的系列型號。變頻器輸出額定電流的峰值應該設計為IGBT最大額定電流的1/2，通用變頻器一般允許最大150％過載，此時IGBT的峰值電流為IGBT最大額定電流的3/4。

IGBT模塊的壽命

1: 功率循環壽命：?外殼溫度變化很小但結溫變化頻繁時的工作模式下的壽命

?2: 熱循環壽命：系統從啟動到停止期間溫度相對緩慢變化的工作模式下的壽命

下圖是功率模塊的典型結構

當功率模塊結溫變化時, 由于膨脹系數的不同，在鋁線和硅片間、硅片和絕緣基片間將產生應力應變，如果應力一直重復，結合部的熱疲勞將導致產品失效。如下圖

在功率模塊殼溫變化相對緩慢而變化幅度大的工作模式下，由于絕緣基板和銅底板的膨脹系數不同，絕緣基板和銅底板之間的焊錫層將產生應力應變。

如果應力一直重復, 焊錫層將產生裂紋。如果裂紋擴大到硅片的下方，熱阻增大將導致熱失控；或者熱阻增加引起DTj 增加導致功率循環壽命下降，并最終導致引線剝離失效 。如下圖

三菱IGBT功率模塊熱疲勞壽命（三菱提供）

功率器件的并聯使用

要實現功率器件的并聯使用，應滿足兩個條件：

1、并聯使用功率器件的一致性好（要選用同一批次的）

2、其導通電阻或飽和壓降為正溫度系數

MOSFET的導通電阻都是正溫度系數的，很容易實現并聯使用

IGBT則不然，有的IGBT飽和壓降是負溫度系數的，有的IGBT飽和壓降是正溫度系數的。

負溫度系數飽和壓降的IGBT并聯使用難于均流，所以，不宜并聯使用。

正溫度系數飽和壓降的IGBT是可以并聯使用的，并且能夠達到很好的均流效果。

例如，INFINEON的FF450R17ME3，下圖是其飽和壓降的溫度特性，當集電極電流大于100A時，飽和壓降有良好的正溫度系數。本人使用兩個模塊并聯，輸出總電流400A交流有效值，實測并聯模塊電流的不均勻度小于5％

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三菱的CM400DU-24NFH，該器件最大額定電流為400A，這是一個開關速度很快的IGBT，其飽和壓降比較大，一般應用在工作頻率較高的地方，所以，總損耗較大，因此一般峰值電流在200A左右。從下圖可以清楚地看到，該IGBT集電極電流小于350A時，其飽和壓降為負溫度系數。

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