Galingi MOSFET ir IGBT tranzistoriai, jų taikymo skirtumai ir ypatybės

Technologijos galios elektronikos srityje yra nuolat tobulinamos: relės tampa kieto būvio, bipoliniai tranzistoriai ir tiristoriai vis plačiau keičiami lauko efekto tranzistoriais, kuriamos naujos medžiagos ir naudojamos kondensatoriuose ir kt. - visur aiškiai matoma aktyvi technologinė evoliucija, kuri nesustoja metus. Kokia to priežastis?

Tai akivaizdžiai lemia tai, kad tam tikru metu gamintojai nepajėgia patenkinti vartotojų prašymų dėl galingos elektroninės įrangos galimybių ir kokybės: relė kibirkščiuoja ir degina kontaktus, bipoliniams tranzistoriams valdyti reikia per daug energijos, nepriimtina galios blokai. daug vietos ir tt Gamintojai konkuruoja tarpusavyje - kas bus pirmasis, kuris pasiūlys geriausią alternatyvą ...?

Taigi atsirado lauko MOSFET tranzistoriai, kurių dėka įkrovos nešėjų srautas tapo kontroliuojamas ne keičiant bazinę srovę, kaip bipoliniai protėviai, o sklendės elektriniu lauku, tiesą sakant, tiesiog naudojant sklendės įtampą.

Todėl iki 2000-ųjų pradžios MOSFET ir IGBT maitinimo įtaisų dalis sudarė apie 30%, o bipoliniai tranzistoriai galios elektronikoje liko mažiau nei 20%. Per pastaruosius 15 metų įvyko dar reikšmingesnis proveržis, ir klasikiniai bipoliniai tranzistoriai beveik visiškai užleido vietą MOSFET ir IGBT kontroliuojamų galios puslaidininkinių jungiklių segmente.

Pvz., Projektuojant aukšto dažnio galios keitiklis, kūrėjas jau pasirenka tarp MOSFET ir IGBT - abu jie yra valdomi pagal įtampą, tekančią vartams, o ne srovės, kaip bipoliniai tranzistoriai, todėl valdymo grandinės yra paprastesnės. Tačiau apsvarstykime šių labai tranzistorių, valdomų vartų įtampą, savybes.

MOSFET arba IGBT

IGBT (IGBT bipolinis tranzistorius su izoliuotais vartais) atviroje būsenoje darbinė srovė praeina per p-n sankryžą, o MOSFET - per kanalizacijos šaltinio kanalą, kuris turi varžinį pobūdį. Čia šiems įrenginiams galios galios išsklaidymo galimybės yra skirtingos, nuostoliai skiriasi: „MOSFET“ lauko įrenginiui išsklaidyta galia bus proporcinga per kanalą tekančios srovės kvadratui ir kanalo pasipriešinimui, o IGBT - išsklaidyta galia bus proporcinga kolektoriaus-emitterio įsotinimo įtampai ir srovei per kanalą. pirmame laipsnyje.

Jei mums reikės sumažinti pagrindinius nuostolius, turėsime pasirinkti MOSFET su mažesniu kanalo pasipriešinimu, tačiau nepamirškite, kad pakilus puslaidininkių temperatūrai šis pasipriešinimas padidės, o šildymo nuostoliai vis tiek padidės. Bet IGBT didėjant temperatūrai pn sankryžos prisotinimo įtampa, atvirkščiai, mažėja, vadinasi, sumažėja šildymo nuostoliai.

Tačiau ne viskas yra taip paprasta, kaip gali pasirodyti žmogaus, nepatyrusio jėgos elektronikos srityje, akivaizdoje. IGBT ir MOSFET nuostolių nustatymo mechanizmai iš esmės skiriasi.

Kaip jūs suprantate, MOSFET tranzistoriuje kanalo pasipriešinimas laidžiojoje būsenoje sukelia tam tikrus galios nuostolius, kurie, statistikos duomenimis, yra beveik 4 kartus didesni nei vartai, išleidžiami vartų valdymui.

Su IGBT situacija yra visiškai priešinga: nuostoliai pereinant yra mažesni, tačiau energijos sąnaudos valdymui yra didesnės. Mes kalbame apie 60 kHz dažnius, ir kuo didesnis dažnis, tuo daugiau prarandama vartų kontrolė, ypač kalbant apie IGBT.

Reikalas tas, kad MOSFET mažumos nešėjai nekombinuoja, kaip tai daroma IGBT, kuriame yra MOSFET lauko efekto tranzistorius, kuris nustato atidarymo greitį, tačiau ten, kur bazė nėra tiesiogiai prieinama, ir neįmanoma paspartinti proceso naudojant išorines grandines.Dėl to IGBT dinaminės charakteristikos yra ribotos, o maksimalus veikimo dažnis - ribotas.

Didindami perdavimo koeficientą ir mažindami prisotinimo įtampą, tarkime, mes sumažiname statinius nuostolius, bet tada padidiname nuostolius perjungdami. Dėl šios priežasties IGBT gamintojai savo prietaisų dokumentuose nurodo optimalų dažnį ir maksimalų perjungimo greitį.

Yra MOSFET trūkumas. Jo vidiniam diodui būdingas ribotas atvirkštinis atkūrimo laikas, kuris vienaip ar kitaip viršija vidinių anti-lygiagrečių IGBT diodų atkūrimo laiką. Dėl to mes turime MOSFET perjungimo nuostolius ir dabartines perkrovas pusiau tilto grandinėse.

Dabar tiesiogiai apie išsklaidytą šilumą. Puslaidininkio IGBT struktūros plotas yra didesnis nei MOSFET, todėl IGBT išsklaidytoji galia yra didesnė, tačiau klavišo veikimo metu perėjimo temperatūra padidėja intensyviau, todėl svarbu teisingai pasirinkti radiatorių prie rakto, teisingai apskaičiuojant šilumos srautą, atsižvelgiant į visų ribų šiluminę varžą. surinkimas.

„MOSFET“ įrenginiai taip pat patiria didesnius šilumos nuostolius, naudodami didelę galią, gerokai viršydami IGBT langinių nuostolius. Esant didesnei nei 300–500 W talpos ir esant 20–30 kHz dažniui, vyrauja IGBT tranzistoriai.

Apskritai kiekvienai užduočiai jie pasirenka savo tipo klavišą ir yra tam tikros tipinės nuomonės šiuo aspektu. MOSFET yra tinkami naudoti dažniuose, viršijančiuose 20 kHz, esant maitinimo įtampai iki 300 V - įkrovikliai, perjungimo maitinimo šaltiniai, kompaktiški mažos galios keitikliai ir tt - didžioji dauguma jų šiandien surenkami MOSFET.

IGBT gerai veikia dažnius iki 20 kHz, kai maitinimo įtampa yra 1000 ar daugiau voltų - dažnio keitikliai, UPS ir kt. - tai yra žemo dažnio galios įrangos segmentai, skirti IGBT tranzistoriams.

Tarpinėje nišoje - nuo 300 iki 1000 voltų, esant 10 kHz dažniui - tinkamos technologijos puslaidininkio jungiklis pasirenkamas grynai atskirai, pasveriant privalumus ir trūkumus, įskaitant kainą, matmenis, efektyvumą ir kitus veiksnius.

Tuo tarpu neįmanoma vienareikšmiškai pasakyti, kad vienoje tipinėje situacijoje tinka IGBT, o kitoje - tik MOSFET. Būtina visapusiškai atsižvelgti į kiekvieno konkretaus įrenginio kūrimą. Remiantis prietaiso galia, jo veikimo režimu, apskaičiuotu šiluminiu režimu, priimtinais matmenimis, valdymo grandinės ypatybėmis ir kt.

Ir svarbiausia - pasirinkus norimo tipo raktus, kūrėjui svarbu tiksliai nustatyti jų parametrus, nes techninėje dokumentacijoje (duomenų lape) ne visada viskas yra tiesa. Kuo tiksliau žinomi parametrai, tuo efektyvesnis ir patikimesnis produktas pasirodys, nepriklausomai nuo to, ar tai IGBT, ar MOSFET.

Taip pat žiūrėkite:Bipoliniai ir lauko efekto tranzistoriai - koks skirtumas