所謂功率半導體器件，以前也被稱為電力電子器件，簡單來說，就是進行功率處理的，具有處理高電壓，大電流能力的半導體器件。其電壓處理范圍從幾十V~幾千V，電流能力最高可達幾千A。典型的功率處理，包括變頻、變壓、變流、功率管理等等。

　　早期的功率半導體器件包括：大功率二極管、晶閘管等等，主要用于工業和電力系統（正因如此，早期才被稱為電力電子器件）

　　后來，隨著以功率MOSFET器件為代表的新型功率半導體器件的迅速發展，現在功率半導體器件已經非常廣泛， 在計算機、通行、消費電子、汽車電子 為代表的4C行業（computer、communication、consumer electronics、cartronics），功率半導體器件可以說是越來越火，現在不是要節能環保嗎，所以就需要對電壓電流的運用進行有效的控制，這就與功率器件密不可分！ 功率管理集成電路（Power Management IC，也被稱為電源管理IC）已經成為功率半導體器件的熱點，發展非常迅速噢！

　　如何正確選擇MOSFET管

　　隨著制造技術的發展和進步，系統設計人員必須跟上技術的發展步伐，才能為其設計挑選最合適的電子器件。MOSFET是電氣系統中的基本部件，工程師需要深入了解它的關鍵特性及指標才能做出正確選擇。本文將討論如何根據RDS（ON）、熱性能、雪崩擊穿電壓及開關性能指標來選擇正確的MOSFET。

　　MOSFET的選擇

　　MOSFET有兩大類型：N溝道和P溝道。在功率系統中，MOSFET可被看成電氣開關。當在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時，其開關導通。導通時，電流可經開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內阻，稱為導通電阻RDS（ON）。必須清楚MOSFET的柵極是個高阻抗端，因此，總是要在柵極加上一個電壓。如果柵極為懸空，器件將不能按設計意圖工作，并可能在不恰當的時刻導通或關閉，導致系統產生潛在的功率損耗。當源極和柵極間的電壓為零時，開關關閉，而電流停止通過器件。雖然這時器件已經關閉，但仍然有微小電流存在，這稱之為漏電流，即IDSS。

　　第一步：選用N溝道還是P溝道

　　為設計選擇正確器件的第一步是決定采用N溝道還是P溝道MOSFET。在典型的功率應用中，當一個MOSFET接地，而負載連接到干線電壓上時，該MOSFET就構成了低壓側開關。在低壓側開關中，應采用N溝道MOSFET，這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET連接到總線及負載接地時，就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道MOSFET，這也是出于對電壓驅動的考慮。

　　要選擇適合應用的器件，必須確定驅動器件所需的電壓，以及在設計中最簡易執行的方法。下一步是確定所需的額定電壓，或者器件所能承受的最大電壓。額定電壓越大，器件的成本就越高。根據實踐經驗，額定電壓應當大于干線電壓或總線電壓。這樣才能提供足夠的保護，使MOSFET不會失效。就選擇MOSFET而言，必須確定漏極至源極間可能承受的最大電壓，即最大VDS。知道MOSFET能承受的最大電壓會隨溫度而變化這點十分重要。設計人員必須在整個工作溫度范圍內測試電壓的變化范圍。額定電壓必須有足夠的余量覆蓋這個變化范圍，確保電路不會失效。設計工程師需要考慮的其他安全因素包括由開關電子設備（如電機或變壓器）誘發的電壓瞬變。不同應用的額定電壓也有所不同；通常，便攜式設備為20V、FPGA電源為20～30V、85～220VAC應用為450～600V。

　　第二步：確定額定電流

　　第二步是選擇MOSFET的額定電流。視電路結構而定，該額定電流應是負載在所有情況下能夠承受的最大電流。與電壓的情況相似，設計人員必須確保所選的MOSFET能承受這個額定電流，即使在系統產生尖峰電流時。兩個考慮的電流情況是連續模式和脈沖尖峰。在連續導通模式下，MOSFET處于穩態，此時電流連續通過器件。脈沖尖峰是指有大量電涌（或尖峰電流）流過器件。一旦確定了這些條件下的最大電流，只需直接選擇能承受這個最大電流的器件便可。

　　選好額定電流后，還必須計算導通損耗。在實際情況下，MOSFET并不是理想的器件，因為在導電過程中會有電能損耗，這稱之為導通損耗。MOSFET在“導通”時就像一個可變電阻，由器件的RDS（ON）所確定，并隨溫度而顯著變化。器件的功率耗損可由Iload2×RDS（ON）計算，由于導通電阻隨溫度變化，因此功率耗損也會隨之按比例變化。對MOSFET施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會越小；反之RDS（ON）就會越高。對系統設計人員來說，這就是取決于系統電壓而需要折中權衡的地方。對便攜式設計來說，采用較低的電壓比較容易（較為普遍），而對于工業設計，可采用較高的電壓。注意RDS（ON）電阻會隨著電流輕微上升。關于RDS（ON）電阻的各種電氣參數變化可在制造商提供的技術資料表中查到。

　　技術對器件的特性有著重大影響，因為有些技術在提高最大VDS時往往會使RDS（ON）增大。對于這樣的技術，如果打算降低VDS和RDS（ON），那么就得增加晶片尺寸，從而增加與之配套的封裝尺寸及相關的開發成本。業界現有好幾種試圖控制晶片尺寸增加的技術，其中最主要的是溝道和電荷平衡技術。

　　在溝道技術中，晶片中嵌入了一個深溝，通常是為低電壓預留的，用于降低導通電阻RDS（ON）。為了減少最大VDS對RDS（ON）的影響，開發過程中采用了外延生長柱/蝕刻柱工藝。

　　第三步：確定熱要求

　　選擇MOSFET的下一步是計算系統的散熱要求。設計人員必須考慮兩種不同的情況，即最壞情況和真實情況。建議采用針對最壞情況的計算結果，因為這個結果提供更大的安全余量，能確保系統不會失效。在MOSFET的資料表上還有一些需要注意的測量數據；比如封裝器件的半導體結與環境之間的熱阻，以及最大的結溫。

　　器件的結溫等于最大環境溫度加上熱阻與功率耗散的乘積（結溫=最大環境溫度+［熱阻×功率耗散］）。根據這個方程可解出系統的最大功率耗散，即按定義相等于I2×RDS（ON）。由于設計人員已確定將要通過器件的最大電流，因此可以計算出不同溫度下的RDS（ON）。值得注意的是，在處理簡單熱模型時，設計人員還必須考慮半導體結/器件外殼及外殼/環境的熱容量；即要求印刷電路板和封裝不會立即升溫。

　　雪崩擊穿是指半導體器件上的反向電壓超過最大值，并形成強電場使器件內電流增加。該電流將耗散功率，使器件的溫度升高，而且有可能損壞器件。半導體公司都會對器件進行雪崩測試，計算其雪崩電壓，或對器件的穩健性進行測試。計算額定雪崩電壓有兩種方法；一是統計法，另一是熱計算。而熱計算因為較為實用而得到廣泛采用。除計算外，技術對雪崩效應也有很大影響。例如，晶片尺寸的增加會提高抗雪崩能力，最終提高器件的穩健性。對最終用戶而言，這意味著要在系統中采用更大的封裝件。

　　第四步：決定開關性能

　　選擇MOSFET的最后一步是決定MOSFET的開關性能。影響開關性能的參數有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會在器件中產生開關損耗，因為在每次開關時都要對它們充電。MOSFET的開關速度因此被降低，器件效率也下降。為計算開關過程中器件的總損耗，設計人員必須計算開通過程中的損耗（Eon）和關閉過程中的損耗（Eoff）。MOSFET開關的總功率可用如下方程表達：Psw=（Eon+Eoff）×開關頻率。而柵極電荷（Qgd）對開關性能的影響最大。

　　基于開關性能的重要性，新的技術正在不斷開發以解決這個開關問題。芯片尺寸的增加會加大柵極電荷；而這會使器件尺寸增大。為了減少開關損耗，新的技術如溝道厚底氧化已經應運而生，旨在減少柵極電荷。

　　通過了解MOSFET的類型及了解和決定它們的重要性能特點，設計人員就能針對特定設計選擇正確的MOSFET。由于MOSFET是電氣系統中最基本的部件之一，選擇正確的MOSFET對整個設計是否成功起著關鍵的作用。

　　IGBT的正確選擇和使用

　　本文研究了逆變器核心開關器件IGBT主要參數的選擇， 分析三相逆變電路拓撲及功率器件IGBT的應用特點，根據其特點選擇合適額定電壓，額定電流和開關參數。以及優化設計柵電壓，克服Miller效應的影響，確保在IGBT應用過程中的可靠性。

　　0 前言

　　伴隨科學技術的發展和低碳經濟的要求，逆變器在各行各業中應用飛速發展，而IGBT是目前逆變器中使用的主流開關器件，也在逆變結構中起核心作用。采用IGBT進行功率變換，能夠提高用電效率，改善用電質量。新型IGBT逆變技術是推動我國低碳經濟發展戰略的突破口，同時緩解能源，資源和環境等方面的壓力，加快轉變經濟增長方式，促進信息化帶動工業化， 提高國家經濟安全性，起著重要作用，因此，IGBT在逆變器中的正確選擇與使用，有著舉足輕重的作用。逆變技術對IGBT的參數要求并不是一成不變的，逆變技術已從硬開關技術，移相軟開關技術發展到雙零軟開關技術，各個技術之間存在相輔相成的紐帶關系， 同時具有各自的應用電路要求特點，因而，對開關器件的IGBT的要求各不相同。而IGBT正確選擇與使用尤為重要。

　　1 IGBT額定電壓的選擇

　　三相380V輸入電壓經過整流和濾波后，直流母線電壓的最大值：

　　在開關工作的條件下，fGBT的額定電壓一般要求高于直流母線電壓的兩倍，根據IGBT規格的電壓等級，選擇1 200V電壓等級的IGBT。

　　2 IGBT額定電流的選擇

　　以30kW變頻器為例，負載電流約為79A，由于負載電氣啟動或加速時，電流過載，一般要求1分鐘的時間內，承受1.5倍的過流，擇最大負載電流約為119A ，建議選擇150A電流等級的IGBT。

　　3 IGBT開關參數的選擇

　　變頻器的開關頻率一般小于10 kH Z，而在實際工作的過程中，fGBT的通態損耗所占比重比較大，建議選擇低通態型IGBT，以30 kW ，逆變頻率小于10kH z的變頻器為例，選擇IGBT的開關參數見表1。

　　4 影響IGBT可靠性因素

　　1）柵電壓。

　　IGBT工作時，必須有正向柵電壓，常用的柵驅動電壓值為15～187，最高用到20V， 而棚電壓與柵極電阻Rg有很大關系，在設計IGBT驅動電路時， 參考IGBT Datasheet中的額定Rg值，設計合適驅動參數，保證合理正向柵電壓。因為IGBT的工作狀態與正向棚電壓有很大關系，正向柵電壓越高，開通損耗越小，正向壓降也咯小。

　　在橋式電路和大功率應用情況下，為了避免干擾，在IGBT關斷時，柵極加負電壓，一般在-5- 15V，保證IGBT的關斷，避免Miller效應影響。

　　2）Miller效應。

　　為了降低Miller效應的影響，在IGBT柵驅動電路中采用改進措施：（1）開通和關斷采用不同柵電阻Rg，on和Rg，off，確保IGBT的有效開通和關斷；（2）柵源間加電容c，對Miller效應產生的電壓進行能量泄放；（3）關斷時加負柵壓。在實際設計中，采用三者合理組合，對改進Mille r效應的效果更佳。
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? ? ? ? ?結論

　?。?）IGBT是逆變器主要使用的主要功率開關器件，也是逆變器中主要工作器件，合理選擇IGBT是保證IGBT可靠工作的前提，同時，要根據三相逆變電路結構的特點，選擇低通態型IGBT為佳。

　　主要參數如下

　　Vce

　　ICM

　　ILM

　　IC @ TC = 25°C

　　IC @ TC = 100°C

　　IF @ TC = 25°C

　　IF @ TC = 100°C

　　IFM（Diode Max Forward Current）

　　VGE

　　以上參數主要決定了所選擇管子的規格。其中耐壓、耐流和耐最大沖擊電流能力都需要特別關注，特別是電源中有開機的inrush current一般會很大，需要較大的ICM.驅動電壓多少我不用多說了，一定溫度下電流通流能力是做一個很重要的參數，直接關系到你做halt試驗結果。

　　PD @ TC = 25°C

　　PD @ TC = 100°C

　　Rθjc（ IGBT）

　　Rθjc（Diode）

　　Rθcs（Case-to-Sink.。.）

　　Rθja（Junction-to-Ambient.。.）

　　以上直接決定擬所選擇管子的熱設計，知道以上參數可以推算出junction的溫度，也就是溫度最高點的溫度

　　VCE（on）

　　VFM

　　Diode Forward Voltage Drop

　　Eon

　　Eoff

　　Etot

　　Eon

　　Eoff

　　Etot

　　Td（on）

　　Tr

　　Td（off）

　　Tf

　　Trr

　　Irr

　　以上參數直接關系到你計算管子的損耗計算，是前期研發的重要參數，直接關系到你估計的損耗，接合熱阻等概念，直接可以大概估計你所選擇管子的熱設計如何選擇。

　　最后當然還有個重要的參數就是價格了。

　　以上我列出了的igbt 和mosfet的項目中帶有體內二極管，如果沒有體內二極管的管子，你當然應知道該如何處理

　　（2）根據IGBT的棚特性。合理設計柵驅動結構， 保證IGBT有效的開通和關斷， 降低Miller效應的影響。
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