開(kāi)關(guān)電源（SwitchModePowerSupply；SMPS）的性能在很大程度上依賴(lài)于功率半導(dǎo)體器件的選擇，即開(kāi)關(guān)管和整流器。雖然沒(méi)有萬(wàn)全的方案來(lái)解決選擇IGBT還是MOSFET的問(wèn)題，但針對(duì)特定SMPS應(yīng)用中的IGBT和MOSFET進(jìn)行性能比較，確定關(guān)鍵參數(shù)的范圍還是能起到一定的參考作用。本文將對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行探討，如硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)ZVS（零電壓轉(zhuǎn)換）拓?fù)渲械拈_(kāi)關(guān)損耗，并對(duì)電路和器件特性相關(guān)的三個(gè)主要功率開(kāi)關(guān)損耗—導(dǎo)通損耗、傳導(dǎo)損耗和關(guān)斷損耗進(jìn)行描述。此外，還通過(guò)舉例說(shuō)明二極管的恢復(fù)特性是決定MOSFET或IGBT導(dǎo)通開(kāi)關(guān)損耗的主要因素，討論二極管恢復(fù)性能對(duì)于硬開(kāi)關(guān)拓?fù)涞挠绊憽?/p>

SMPS的進(jìn)展

一直以來(lái)，離線式SMPS產(chǎn)業(yè)由功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的功率元件發(fā)展所推動(dòng)。作為主要的功率開(kāi)關(guān)器件IGBT、功率MOSFET和功率二極管正不斷改良，相應(yīng)地也是明顯地改善了SMPS的效率，減小了尺寸，重量和成本也隨之降低。由于器件對(duì)應(yīng)用性能的這種直接影響，SMPS設(shè)計(jì)人員必須比較不同半導(dǎo)體技術(shù)的各種優(yōu)缺點(diǎn)以?xún)?yōu)化其設(shè)計(jì)。例如，MOSFET一般在較低功率應(yīng)用及較高頻應(yīng)用（即功率《1000W及開(kāi)關(guān)頻率≥100kHz）中表現(xiàn)較好，而IGBT則在較低頻及較高功率設(shè)計(jì)中表現(xiàn)卓越。為了做出真實(shí)的評(píng)估，筆者在SMPS應(yīng)用中比較了來(lái)自飛兆半導(dǎo)體的IGBT器件FGP20N6S2（屬于SMPS2系列）和MOSFET器件FCP11N60（屬于SuperFET產(chǎn)品族）。這些產(chǎn)品具有相近的芯片尺寸和相同的熱阻抗RθJC，代表了功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有的器件水平。

導(dǎo)通損耗

除了IGBT的電壓下降時(shí)間較長(zhǎng)外，IGBT和功率MOSFET的導(dǎo)通特性十分類(lèi)似。由基本的IGBT等效電路（見(jiàn)圖1）可看出，完全調(diào)節(jié)PNPBJT集電極基極區(qū)的少數(shù)載流子所需的時(shí)間導(dǎo)致了導(dǎo)通電壓拖尾（voltagetail）出現(xiàn)。