Question

MOSFET、IGBT、BJT各自适合于哪些应用？

Answer 1

相比于IGBT和BJT耐冲击性好，故障率低。由于电导率负温度系数，MOSFET可扩展性很好。大功率应用时，如成本不敏感，如军用、工业、高端消费产品，MOSFET是最优选择。低压大电流领域是MOSFET的强项。
IGBT是和功率MOSFET同步发展起来的一类开关器件，IGBT的优点在于做大功率时成本低，堪升升称“穷人的法拉利”，耐压比MOSFET容易做高。相比于BJT，更少被二次击穿而失效。常用于高压（吵悉老600V)应用领域。以及低端大功率（陆亏2000W)设备，如电磁炉、逆变器等。
BJT是最老的开关器件，目前由于国内仍有一批尚未淘汰的BJT生产线没有停产，仍然活跃于低端市场。低压BJT开关频率可以较高，但由于饱和CE压降高达0.4V以上而远逊于MOSFET，只被用在最低端领域。高压BJT驱动麻烦，需使用低压大电流的电流源驱动，一般使用变压器驱动。在驱动不当或电压应力过大时容易发生二次击穿而失效。适合中功率(50~1000W)，对成本极度敏感的市场。
BJT有两种驱动方式，一种是基极开关，一种是射极开关。射极开关的效率和开关速度都优于基极开关，是BJT应用的潮流。
答：MOSFET是稳定性最好的器件，不容易损坏。MOSFET常见的失效模式有：
栅极击穿。即栅极和源极之间的绝缘层破坏。此时的MOSFET（此处均指增强型MOSFET）无法开启。
封装破裂。这是由瞬间高热引起的。在瞬间产热过大，散热不良的情形下，树脂封装材料部分分解气化并膨胀，把封装撑裂。
漏源极之间击穿。这是MOSFET最严重的一种失效模式，通常不易发生。发生后会导致短路而非断路。会导致强电源灌进弱电部分，如输入电压直接进入控制芯片而烧毁很多控制电路。通常是持续温度太高引起的（管芯温度大面积超过200度持续工作时才可能发生)IGBT稳定性比MOSFET稍差，但仍强过BJT。除了MOSFET的失效模式外，还有二次击穿的失效模式。
当IGBT持续超过安全工作区工作时，会出现还未大面积发热就出现CE极击穿的现象，这种击穿称为二次击穿。IGBT出现二次击穿的可能性比BJT小很多，但仍有可能出现。
BJT常见的失效模式有：
二次击穿：最常见的失效模式，表现为芯片并未大面积发热，但CE之间持续低阻。此时BJT已经损坏。如果是用在电源上没有保护，则会进一步发展为整管熔毁。CB间绝缘破坏：比较少见，通常发生在整管熔毁时，或CB间承受的电压高于VCBO时击穿。
热击穿：在高温下管子热失效。通常不易发生，因二次击穿发生更加容易，先发生二次击穿。
MOSFET开关极快，而且是多子导电器件，没有拖尾电流，损耗主要是开通时的输出电容放电损耗。计算公式为:
Ploss = f * 0.5 * Coss * V^2 ,
V是MOSFET开通前一瞬间承受的电压。
IGBT开关速度较快，没有存储时间，但存在拖尾电流。拖尾电流，就是在VCE已经升高的情况下，CE之间仍然有一股小电流流通一段时间，拖尾电流导致的电流--电压交叉损耗构成了IGBT的主要损耗。
BJT开关速度慢，而且是少子器件，存在存储时间。存储时间就是基极电流已经切断甚至反向，而集极和射极仍然保持完全导通的时间。在存储时间后进入下降时间。下降时间是电压、电流交叉的时间，交叉损耗发生在下降时间。低压BJT由于β值高，下降时间比较短，存储时间也可以通过肖特基箝位电路大幅减小，因此主要损耗在于导通损耗，开关损耗不太大。高压BJT的存储时间不容易通过箝位控制，下降时间也较长，主要损耗包括电流--电压交叉损耗。
但必须注意，采用射极开关的BJT没有存储时间，下降时间也很短，开关损耗可以达到MOSFET的水准。
答：从损耗分析上来看，
MOSFET的主要损耗是输出电容放电损耗，因此需要实现零电压开通，即开通前一瞬间DS电压为0.
电路形式有LLC半桥以及准方波谐振的变换器，如移相全桥ZVS，准谐振反激。
IGBT的主要损耗来自拖尾电流，因此需要实现零电流关断，消除拖尾电流，即关断前一瞬间CE电流为0.
电路形式有ZCS半桥、ZCS全桥。
BJT的主要损耗和IGBT相仿，主要在关断时有电流--电压交叉损耗，因此也应实行零电流关断。