SMPS应用：IGBT与MOSFET的损耗比较与选择

"在SMPS应用中选择IGBT和MOSFET的比较，主要探讨了硬开关和软开关ZVS拓扑的开关损耗，以及导通损耗、传导损耗和关断损耗。文章通过实例分析了二极管恢复特性对MOSFET或IGBT开关损耗的影响，特别是对硬开关拓扑的效应。" 在开关电源（SMPS）的设计中，选择合适的功率开关元件至关重要。IGBT（绝缘栅双极晶体管）和MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是两种常用的开关元件，各有其优势和适用场景。随着技术的进步，这些元件的性能改进显著提升了SMPS的效率，减小了设备的体积和重量。 导通损耗是功率开关元件在开启过程中产生的能量损失。IGBT和MOSFET在导通时的行为类似，但IGBT存在电压下降时间较长的问题，这导致了导通电压的拖尾现象，即类饱和效应。这种效应使得集电极/发射极电压不能迅速下降到饱和电压VCE(sat)，在ZVS（零电压转换）拓扑中，当负载电流从反向并联的二极管转移到IGBT时，VCE电压会有短暂上升。IGBT的导通损耗Eon分为Eon1和Eon2，Eon1不考虑硬开关二极管恢复损耗，而Eon2则包含这部分损耗。 二极管的恢复特性在硬开关拓扑中起着关键作用，因为它影响着MOSFET或IGBT的开关过程。当二极管从导通状态快速转变为非导通状态时，会产生电流尖峰，导致开关损耗增加。这种恢复特性是决定导通损耗的一个重要因素。在进行器件评估时，通常会通过特定的测试电路来模拟和测量这种恢复损耗。 在低功率和高频应用中，MOSFET通常表现出色，因为它们具有更低的开关损耗和更快的开关速度。相反，IGBT在低频和高功率应用中更占优势，因为它们能承受更高的电压和电流。例如，文中提到的飞兆半导体的FGP20N6S2 IGBT和FCP11N60 MOSFET，尽管具有相近的芯片尺寸和热阻抗，但在不同的应用条件下，它们的性能表现可能会有所不同。 在实际设计中，工程师需要综合考虑这些因素，包括开关损耗、传导损耗、关断损耗以及二极管恢复特性，来选择最适合特定SMPS应用的功率开关元件。通过深入理解这些参数和器件特性，可以优化设计，提高系统效率，降低成本，同时确保设备的可靠性和稳定性。