PK啦，老XU对DT，电子负载"三级管"VS"MOS管"，哪个更实用

xuyiyi

PK啦，老XU对DT，电子负载"三级管"VS"MOS管"，哪个更实用 [复制链接]

首先，这是一个伪命题，"三级管（包括IGBT）"和"MOS管"，作为未级功率驱动有源元件，各有所长，应用很广泛~~~

本次PK，只是寻找一个合适的话题讨论------关于直流电子负载，选用哪种类型的管子更合适而已~~~

DT版主的基本观点，MOS管是电阻型输出，三极管（包括IGBT）是电流型输出。由于MOS管的变阻输出直接能当电子负载使用，而三极管（包括IGBT）是电流型输出，必须经过换算后才能模拟电子负载使用。

因此，DT版主的结论很明显，MOS管是直流电子负载的首先。


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下面请DT版主出场，作为正方，就主推MOS管做直流电子负载，收集点材料证据，进行论证，证明你选择MOS管，做直流电子负载的几大优势所在。

当然，有了正方还必须要有反方，作为反方，俺老XU主推三级管（包括IGBT）做直流电子负载，也立出三级管（包括IGBT）相应的优势，以证明三级管（包括IGBT）在电子负载上的应用，比MOS管优越的几大特点。

本次讨论，只是想从技术面上，分析"三级管（包括IGBT）"和"MOS管"，作为未级功率驱动应用上的长处和短处，以便同学们在实际应用时能综合考虑，合理选用，并无他意~~~

xuyiyi

这种大功率驱动管，主要技术指标有：

工作频率，开关速度，最大功率，最大工作电压，最大工作电流等参数。


在直流电子负载的应用上，除了可靠性，主要关注在DC下的连续最大功耗，最小压降（以便从0V起调），最大工作电压和最大工作电流这几个参数。

xuyiyi

假如有一个电子负载，工作电压范围： 0-40V，工作电流范围： 0-10A

我们以上面的数据为参照，考虑先用下面两种器件

三极管（BUX48）和 MOS管（IRFP4368/IRFP4468）

的差异性


三极管（BUX48）
最大电压（Vceo）：  400V
最大电流（IC）：      15A
最大功率（25度）：  175W
最大功率（100度）：100W
温度每上升1度功率下降：1W

MOS管（IRFP4368/IRFP4468）
最大电压（VDSS）：  75V/100V
最大电流（ID）：      195A
最大功率（25度）：  520W
温度每上升1度功率下降：3.4W


三极管 VS  MOS管 PK 之一：功率
对比上面两表，工作电压电流都满足系统要求，并且MOS管的工作电流大，额定功率比三极管大3倍！
但是，MOS管有一个致命的缺点，随着温度上升，其额定功率减少的速度远大于三极管，由上表可得出。

三极管（BUX48）
最大功率（25度）：  175W
最大功率（100度）：100W
温度每上升1度功率下降：1W
温度从25度上升到100度： 输出功率减少了75W


MOS管（IRFP4368/IRFP4468）
最大功率（25度）：  520W
温度每上升1度功率下降：3.4W
温度从25度上升到100度： 输出功率减少了255W


随着温度的升高，MOS管的输出功率进一步减小，使得输出功率严重不足，这也是在一般的电器中（如氩弧焊机，变频器），用MOS管的机器，比用IGBT(输出为三极管)的机器，更容易坏的主要原因。


待述。。。。

xuyiyi

这是一张三极管（BUX48）输出电压电流和最大功率的关系图




由图中可看出：
当工作电压为：10V，电流约为：17.5A，合消耗功率：175W
当工作电压为：20V，电流约为：7A，    合消耗功率：140W
当工作电压为：30V，电流约为：3.5A， 合消耗功率：105W
当工作电压为：40V，电流约为：1.8A， 合消耗功率：72W



这是一张MOS管 （IRFP4368/IRFP4468）输出电压电流和最大功率的关系图




由图中可看出 （前者IRFP4368/后者IRFP4468）：
当工作电压为：10V，电流约为：4.3A/6.5A，合消耗功率：43W/65W
当工作电压为：20V，电流约为：0 /0.7A，    合消耗功率：出局/14W
当工作电压为：30V，电流约为：0 /0.2A，    合消耗功率：出局/6W
当工作电压为：40V，电流约为：0 /0，         合消耗功率：出局/出局


由上述对比可得知，尽管MOS管 （IRFP4368/IRFP4468）的最大功率（520W）比 三极管（BUX48）的最大功率（175W）大整整3倍，但实际表现远远比三极管差！

xuyiyi

尽管MOS管 （IRFP4368/IRFP4468）的最大功率是520W，但比最大功率只有的175W的 三极管（BUX48）表现差的很远。

从上述描述中，可看出，耐压高的IRFP4468表现比耐压低的IRFP4368好一点，是否选用耐压更高的MOS管，表现会更好呢？

答案是确切的，耐压越高的MOS管，表现会更好些！但遗憾的是，在网上，俺没找到合适的图表来表达俺的观点。



下面我们继续分析：

这是网上找到的，IGBT（15N120）和MOS管（IRF840）的资料

IGBT管（15N120）
最大电压（Vces）：  1200V
最大电流（Ic）：      24A
最大功率（25度）：  200W

MOS管（IRF840）
最大电压（VDSS）：  500V
最大电流（ID）：      8A
最大功率（25度）：  125W

里面的插图：
左边是IGBT管（15N120），右边是 MOS管 （IRF840），其输出电压电流和最大功率的关系图





由图中很容易得出，IGBT管（15N120）的DC功率是200W， MOS管 （IRF840）的DC功率是125W，这实际上只是理论值！事实上，只要一通电，芯片就要发热，哪怕散热条件再好，结温还是要上升，功率必然要下降。

因此，实际使用时，要根据散热条件和结温，合理计算，放足功率管的功率余量。


待述。。。。

xuyiyi

三极管 VS  MOS管 PK 之二：关于 MOS管是电阻型输出，三极管（包括IGBT）是电流型输出 之争。


从表面上看，由于MOS管的变阻输出直接能当电子负载使用，而性能优越。

而三极管（包括IGBT）是电流型输出，必须经过换算后才能模拟电子负载使用。

但实际上，由于MOS管G极电压控制的非线性，使得在全电源0-10A范围内，根本无法做到开环控制，只能依靠检测负载的电压电流来闭环调整其MOS管的输出电阻。

与三极管（包括IGBT）依靠检测负载的电压电流，来调整其输出电流，模拟电子负载使用作用相仿，软硬件工作量也相当，因此，个人认为，这两者在这方面，性能相当，PK成平局。


待述。。。。

dontium

原来一个人在这里PK的啊，哈哈，也不通知一声，要不是来闲逛，就发现不了了。

你的观点我赞同。

只是，你应该考虑一下Vce(sat)这个指标吧。

dontium

不管什么控制型器件，经过控制后对外的特性----对电子负载来说，都可以呈现电阻特性

xuyiyi

这个指标是留给你的，哈哈~~~

xuyiyi

否则，正方一点胜算都没有~~~

dontium

器件都有非线性的，MOS有，三极管也有，除Vbe的非线性外，Ic与beta也是非线性的。


开环控制时，使用MOSFET不会比三极管差。


在Vce(set)附近，三极管的V-I曲线是折线，而MOS管不是，

[ 本帖最后由 dontium 于 2013-12-9 14:52 编辑 ]

xuyiyi

看来DT版主不太愿意用图表说话，那俺代劳了~~~


下面这张图，左边是BUX48三极管的Ic-Vce和放大倍数HFE的关系图，由于BUX48 数据手册中没有Ic-Ib的关系图，特找了张小功率的Ic-Ib的关系图充数，在下图的右边。

从图中可看出，其线性度不是很好。





下面这张图，是IRFP4468  MOS管的ID-VDS和G级控制电压的关系图，可看出，在一定电压的范围内，线性度良好，呈现纯电阻特征。

xuyiyi

因此，如开环控制时，使用MOSFET的线性度，要比三极管好些。

三极管的Ic随出Vce电压的升高会变大，而MOSFET的ID随出VDS电压的升高基本保持不变，呈纯电阻特性，因此线性度要好些。

但在电子负载中的应用，由于都是闭环控制，因此，线性度的差异并不影响最终控制精度。

xuyiyi

三极管 VS  MOS管 PK 之三：最小压降（以便从0V起调）


由12楼BUX48三极管的Ic-Vce和放大倍数HFE的关系图，可看出，在满载10A电流时，Vce有约0.5-0.7V的压降，而从IRFP4468  MOS管的ID-VDS和G级控制电压的关系图，可看出，VDS在0.1V以下，几乎没损耗，充分表现出了MOS管的纯电阻内阻。

由此可得，MOS管的内阻可调至接近0，因此，假如电子负载必须从近0V起调，MOS管有着绝对的优势。

而三极管（包括IGBT）由于CE极的饱和压降存在，没法降到0V，总有零点几伏的电压（饱和压降），因此，三极管当电子负载，最低工作电压有限制，必须高于零点几伏的三极管饱和压降。

xuyiyi

“三级管（包括IGBT）" VS "MOS管" PK 总结：

1.  MOS管的工作频率较高，特别是大功率，由于制造工艺的关系，三级管连中频率的都很难造到，而MOS管轻松达到。

2.  MOS管随着温度的升高，或者电压的升高，MOS管的输出功率进一步减小，其减少当量远大于三级管（包括IGBT），使得输出功率严重不足，这也是在一般的电器中（如氩弧焊机，变频器），用MOS管的机器，比用IGBT(输出为三极管)的机器，更容易坏的主要原因。

3.  大功率三极管，由于需要较大的驱动电流，现在已很少使用了，被二合一的怪胎------IGBT所取代。

4.  在超大功率，超高电压，三极管（包括IGBT）有其独特的绝对优势，MOS管目前很难替代。

5.  至于MOS管的输入阻抗高，适合于微弱小信号放大，这地球人都知道，俺就不多言了。

6.  在绝大多数领域，两者都能用，视设计时考虑最佳的性价比按需取之。


《全文完》

西门

我是来学习的，受益匪浅。

feng-mengqi

讲的好，支持igbt