MOS和IGBT的区别讲解 2

什么是 IGBT？ 

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极 型晶体管，是由晶体三极管和 MOS 管组成的复合型半导体器 件。IGBT 作为新型电子半导体器件，具有输入阻抗高，电压控制 功耗低，控制电路简单，耐高压，承受电流大等特性，在各 种电子电路中获得极广泛的应用。

IGBT 的电路符号至今并未统一，画原理图时一般是借用三极 管、MOS 管的符号，这时可以从原理图上标注的型号来判断 是 IGBT 还是 MOS 管。 同时还要注意 IGBT 有没有体二极管，图上没有标出并不表 示一定没有，除非官方资料有特别说明，否则这个二极管都 是存在的。

IGBT 内部的体二极管并非寄生的，而是为了保护 IGBT 脆弱 的反向耐压而特别设置的，又称为 FWD（续流二极管）。 判断 IGBT 内部是否有体二极管也并不困难，可以用万用表 测量 IGBT 的 C 极和 E 极，如果 IGBT 是好的，C、E 两极测得 电阻值无穷大，则说明 IGBT 没有体二极管。 IGBT 非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明 电路、牵引传动等领域。

IGBT 的理想等效电路如下图所示，IGBT 实际就是 MOSFET 和 晶体管三极管的组合，MOSFET 存在高压时导通电阻高的缺 点，但 IGBT 克服了这一缺点，在高压时 IGBT 仍具有较低的 导通电阻。

另外，相似功率容量的 IGBT 和 MOSFET，IGBT 的速度可能会 慢于 MOSFET，因为 IGBT 存在关断拖尾时间，由于 IGBT 关断 拖尾时间长，死区时间也要加长，从而会影响开关频率。 选择 MOS 管还是 IGBT？

在电路中，选用 MOS 管作为功率开关管还是选择 IGBT 管， 这是工程师常遇到的问题，如果从系统的电压、电流、切换 功率等因素作为考虑，可以总结出以下几点：

也可从下图看出两者使用的条件，阴影部分区域表示 MOSFET 和 IGBT 都可以选用，“？”表示当前工艺还无法达到的水 平。

总的来说，MOSFET 优点是高频特性好，可以工作频率可以达 到几百 kHz、上 MHz，缺点是导通电阻大在高压大电流场合 功耗较大；而 IGBT 在低频及较大功率场合下表现卓越，其 导通电阻小，耐压高。 

MOSFET 应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变 焊机、通信电源等等高频电源领域；IGBT 集中应用于焊机、 逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热等领域。

555搭建的的鱼缸水温自动控制器

一、常规基本设计法

设计一个鱼缸水温自动控制器，让家里养的具有观赏价值的热带鱼安全过冬，我们该如何去做呢?下面将以此为例介绍电路设计流程。电路设计以555时基集成电路为核心，进行多种扩展。

(1)考虑鱼缸水温自动控制器的设计目的 对于具有观赏价值的热带鱼，为使它们安全过冬，需要对鱼缸水温进行监测，并实现自动加温，从而使得水温保持在26℃左右。在设计中要求自动加热控制器运行稳定、可靠性好，而且结构尽可能简单。

(2)提出鱼缸水温自动控制器设计任务思路和基本要求并进行元器件选择

1、设计任务思路和基本要求  热带鱼缸水温自动控制器通过使用负温度系数热敏电阻器作为感温探头，将温度变化转换为电压值，然后通过555定时器根据电压参数变化通过加热器对鱼缸内的水自动加热，从而使鱼缸水温保持在26℃左右

2、主要元器件选择   IC集成块选用NE555时基集成电路;电源需要采用220V整流得到12V直流电压，在这里我们选择4148型硅整流二极管用于整流电路;温度感温头Rt选用常温下的470Ω MF51型负温度系数热敏电阻器;控制继电器K选用工作电压12V的 JZC-22F小型中功率电磁继电器。计算出各个元件参数。

(3)画出鱼缸水温自动控制器单元设计模块

1、电路设计简单原理构思  220V电压通过二极管整流、电容器滤波后，给电路的控制部分提供了约12V的电压。555时基电路接成单稳态触发器(使用2端)。设控制温度为26℃，通过调节电位器RP使得负温度系数的热敏电阻达到使用要求。当温度低于26℃，Rt阻值升高，555时基电路输出高电平控制继电器K导通，触点吸合加热管开始加热，直到温度恢复到26℃时，Rt阻值变小，555时基电路输出低电平，K继电器断开，触点断开，加热停止。

2、电路设计原理框图

（4）对鱼缸水温自动控制器进行设计

1、查找NE555资料，见第一集或第一章（已经讲过）

2、设计鱼缸水温自动控制器电路原理图

   按照NE555芯片功能，再加上上述的电源电路和感温检测电路、加热执行电路，组成了我们需要设计的鱼缸水温自动控制器电路，如下图所示

鱼缸水温自动控制器电路原理图

3、鱼缸水温自动控制器电路设计工作原理分析    220V电源电压通过二极管VD2桥式整流、电容器C2滤波后，给电路的控制部分提供了约12V的电压。555时基电路接成单稳态触发器，暂态为11s（1.1R2*C1）。

设控制温度为26℃，通过调节电位器RP使得RP+Rt=2R,，Rt为负温度系数的热敏电阻。当温度低于26℃时，Rt阻值升高，555时基电路的2脚为低电平，则3脚由低电平输出变为高电平输出，继电器K导通，触点吸合，加热管开始加热，直到温度恢复到26℃时，Rt阻值变小，555时基电路的2脚处于高电平，3脚输出低电平，继电器断开，触点断开，加热停止。

4、电路元件参数计算    电路元件的参数计算是一件很麻烦的事，并且实际计算出的数值在电路中可能不适用，还要根据经验选取。

放大电路设计1-纯硬件实现风机驱动简述

用分立器件搭建的输出12V的“高压Buck降压电源”作为风机控制器低压部分提供电源，输入为市电，输出功率50W，效率>90%，电机的母线电压是DC310V。该项目与“分立器件搭建的Buck降压电源”相比，增加了很多功能，还要实现H桥驱动电机电路，无疑该项目难度比“分立器件搭建的Buck降压电源”难度大。

在该项目中，本人担任设计工程师，主要负责风机控制器的硬件开发工作。

针对该项目的设计需求，本人在原有的“分立器件搭建的Buck降压电源”项目设计方案上进行了创新，创新点如下：

（1）设计一个高压AC220V输入的单相50W直流无刷电机纯硬件驱动器。电机有一路霍尔信号位置反馈，驱动器的输入是交流220V和电机的霍尔信号。霍尔信号反应转子的位置信息。驱动器输出就是H桥开关管按照霍尔信号的高低电平进行不同形式的开关组合，从而使电机定子产生不同的磁场来带动转子转

动。电机按照这两种控制就可以产生不同方向的定子磁场，那么我们可以根据不同的霍尔信号进行不同的开关管控制，从而控制磁场，使电机转起来.

控制器的主要单元电路：

1）电源模块。

2）调速模块。

3）驱动模块。

4）H桥模块。

5）霍尔模块。

6）过流保护模块。

7）软启动模块。

（2）纯硬件电路实现驱动电机技术：Buck降压电源仅仅是驱动电感，控制功率电感充电和放电，使输出稳定的12V电压和最大2A的电流，就可以满足项目需求。为了能够达到H桥电机驱动电路，用单管MOSFET方案很难达到设计指标。本人在方案上采用了H桥四个桥臂的驱动方案，使用四个MOSFET实现驱动电机。常用的H桥控制电路缺点比较多，不能保证风机长时间、高温下运行。但是本人对H桥控制电路进行了创新，本项目采用的是另外一种H桥控制电路方式：驱动MOSFET电路增加了恒流源，电机霍尔传感器，上下桥臂死区控制方式等等。该方式的优点是：上下桥MOSFET不会直通串红，MOSFET的栅极米勒效应干扰大大减小，保证了电机平稳的运行。

（3）纯硬件电路实现的PWM控制电机技术：刚开始利用霍尔输出驱动电机启动，通过比较器设计的三角波转PWM,调控MOSFET栅极的占空比或频率来实现调速，实现霍尔输出和PWM共同调控电机，减小电机抖动，电机运行更平稳。

（4）高压小电流2层PCB layout技术：考虑到了风机控制器电输入电压大，对驱动管MOSFET驱动信号抗干扰性能要求较高，dV/dt斜率不能太大。在PCB设计中本人采用了2层板，进行PCB layout的设计。2层电路板分为高压部分和低压部分，由于器件比较多PCB layout器件密度大、布局比较难等特点。但是注意安规（电气间隙、爬电距离等等）、合理的布局、合理的PCB layout，最终还是解决这个难题。

本人在控制器的原理图设计、layout、器件选型等设计中，把上面的创新点运用到产品中，经过本人亲自理论计算、Multisim的仿真、调试、试验等追踪，控制器最终产满足了客户要求。本款控制器研发成功，攻克了公司多年来对高压大电流控制器的技术难题，为公司带来了好的声誉，关键技术指标，在业界也是处于领先地位。

比较器电路搭建的PWM信号发生器

实战电路设计与讲解3

上图所示，RC组成的定时电路，常态的时候为稳态，Uo2输出0，LED灯不亮，7脚内部的三极管导通，即7pin输出0，C6开始放电，C6上无电压。

当Ui2输入一负触发信号Ui2（≤1/3Vcc），电路翻转为赞稳态，Uo2输出1，LED灯被点亮，7脚内部的三极管截至，即7pin输出为高组态，电源经R5对C6开始充电。

当C6上的电压达到Uc达到2/3Vcc时，电路再次翻转到稳态，脉宽Tw=1.1RC，见下面波形：

555定时器的操作可以通过调制内部阈值和触发电压来修改，即通过施加外部电压(或电流)来控制。上图显示了一个脉宽电路调制。连续输入脉冲序列触发单稳态电路，并由控制信号调制阈值电压。下图显示了输出脉宽调制的结果。同时为正弦波调制信号显示，任何波形都可以使用。

时钟输入必须有小于或大于1/3 VCC的V OL和V OH水平。调制输入能从地到VCC变化。应用必须是非线性传递函数的的关系，调制输入和脉冲宽度之间不是线性的，因为电容电荷是基于一个负RC指数曲线。

选择R 8和C12，使R 8 × C12 = 1/4[时钟输入周期]。R10输出上拉电阻改进了Voh，但TTL不需要R10兼容性。

   上图所示，RC组成的定时电路，常态的时候为稳态，Uo3输出0，5pin控制电压端和6pin重置锁定，5pin输入信号会改变U1（反相端设阈值）和U4（同相端设阈值）比较器的阈值，即5pin输入幅值越高U1比较器阈值越高，6pin实现翻转的电压幅值也会越高，C12两端的电压也越高，输出占空比就越大。同理U4同相端阈值1/2Ui3，2pin触发点与1/2Ui3，2pin触发点电位幅值高于1/2Ui3 U4输出0，相反输出1.

555芯片内部介绍与实战电路设计与讲解1

555集成电路开始是作定时器应用的，所以叫做555定时器或时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速、做成双电源等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体. 

NE555 芯片引脚功能

多谐振荡电路