Kuasa MOSFET dan transistor IGBT, perbezaan dan ciri aplikasi mereka

Teknologi dalam bidang elektronik kuasa sentiasa diperbaiki: geganti menjadi keadaan pepejal, transistor bipolar dan thyristors digantikan dengan lebih banyak lagi oleh transistor kesan medan, bahan-bahan baru sedang dibangunkan dan digunakan dalam kapasitor, dan sebagainya. Evolusi teknologi aktif jelas terlihat di mana-mana, yang tidak berhenti selama setahun. Apakah sebabnya?

Ini adalah disebabkan oleh fakta bahawa pada suatu ketika, pengeluar tidak dapat memenuhi tuntutan pengguna untuk keupayaan dan kualiti peralatan elektronik kuasa: percikan api dan membakar kenalan, transistor bipolar memerlukan terlalu banyak kuasa untuk mengawal, unit kuasa tidak dapat diterima banyak ruang, dan lain-lain Pengilang bersaing di antara mereka sendiri - siapa yang akan menjadi yang pertama untuk menawarkan alternatif terbaik ...?

Jadi, transistor MOSFET medan muncul, berkat kawalan pengendali aliran menjadi tidak mungkin dengan mengubah arus asas, seperti dalam nenek moyang bipolar, dan melalui medan elektrik pengatup, sebenarnya - hanya digunakan pada voltan pengatup.

Akibatnya, pada permulaan tahun 2000-an, bahagian peranti kuasa pada MOSFET dan IGBT adalah kira-kira 30%, manakala transistor bipolar dalam elektronika kuasa kekal kurang daripada 20%. Sepanjang 15 tahun yang lalu telah terdapat satu lagi kejayaan yang lebih penting, dan transistor bipolar klasik hampir sepenuhnya memberi laluan kepada MOSFET dan IGBT dalam segmen suis semikonduktor kuasa terkawal.

Sebagai contoh, penukar kuasa frekuensi tinggi, pemaju sudah memilih antara MOSFET dan IGBT - kedua-duanya dikawal oleh voltan yang digunakan untuk pintu masuk, dan bukan oleh semasa, seperti transistor bipolar, dan litar kawalan lebih mudah sebagai hasilnya. Marilah kita, bagaimanapun, mempertimbangkan ciri-ciri transistor yang sangat dikawal oleh voltan pintu.

MOSFET atau IGBT

Dalam IGBT (transistor bipolar IGBT dengan pintu bertebat) dalam keadaan terbuka, arus operasi melepasi persimpangan p-n, dan dalam MOSFET - melalui saluran saliran-sumber, yang mempunyai sifat rintangan. Di sini, kemungkinan kehilangan kuasa adalah berbeza untuk peranti ini, kerugian adalah berbeza: untuk peranti medan MOSFET, kuasa yang hilang akan berkadar dengan kuadrat semasa melalui saluran dan rintangan saluran, sedangkan untuk IGBT kuasa yang hilang akan berkadaran dengan voltan tepu pemancar dan arus melalui saluran dalam ijazah pertama.

Jika kita perlu mengurangkan kerugian utama, kita perlu memilih MOSFET dengan rintangan saluran yang lebih rendah, tetapi jangan lupa dengan peningkatan suhu semikonduktor rintangan ini akan meningkat dan kerugian pemanasan akan terus meningkat. Tetapi dengan IGBT, dengan peningkatan suhu, voltan tepu persimpangan pn, sebaliknya, menurun, yang bermaksud kehilangan pemanasan menurun.

Tetapi tidak semuanya adalah seperti biasa kerana ia mungkin kelihatan di sisi orang yang tidak berpengalaman dalam bidang kuasa elektronik. Mekanisme untuk menentukan kerugian dalam IGBT dan MOSFET pada asasnya berbeza.

Seperti yang anda faham, dalam transistor MOSFET, rintangan saluran dalam keadaan menjalankan menyebabkan kehilangan kuasa tertentu ke atasnya, yang, mengikut statistik, hampir 4 kali lebih tinggi daripada kuasa yang dibelanjakan pada kawalan pintu.

Dengan IGBT, keadaannya adalah sebaliknya: kerugian peralihan kurang, tetapi kos tenaga untuk pengurusan lebih tinggi. Kami bercakap mengenai frekuensi pesanan 60 kHz, dan semakin tinggi kekerapan, semakin besar kehilangan kawalan pintu, terutama berkaitan dengan IGBT.

Perkara itu adalah bahawa dalam pembawa minoriti MOSFET tidak dikombinasikan, seperti yang berlaku dalam IGBT, yang merangkumi transistor kesan medan MOSFET yang menentukan kelajuan pembukaan, tetapi di mana pangkalan itu tidak boleh diakses secara langsung, dan tidak mustahil untuk mempercepatkan proses menggunakan litar luaran.Akibatnya, ciri-ciri dinamik IGBT adalah terhad, dan frekuensi operasi maksimum adalah terhad.

Dengan meningkatkan pekali penghantaran dan menurunkan voltan tepu, katakan kita menurunkan kerugian statik, tetapi kemudian kita meningkatkan kerugian semasa beralih. Atas sebab ini, pengeluar IGBTs menunjukkan dalam dokumentasi untuk peranti mereka frekuensi optimum dan kelajuan suis maksimum.

Terdapat kelemahan dengan MOSFET. Diod dalamannya dicirikan oleh masa pemulihan terbalik terhingga, yang dalam satu cara atau yang lain melebihi masa pemulihan ciri-ciri diod IGBT anti-selari dalaman. Oleh itu, kami telah menukar kerugian dan beban semasa MOSFET dalam litar separa jambatan.

Kini secara langsung mengenai haba yang hilang. Kawasan struktur IGBT semikonduktor adalah lebih besar daripada MOSFET, oleh itu, kuasa IGBT yang berleluasa lebih besar, bagaimanapun, suhu peralihan meningkat dengan lebih intensif semasa operasi kunci, oleh itu, adalah penting untuk memilih radiator dengan kunci dengan tepat, dengan betul mengira fluks haba, dengan mengambil kira rintangan haba semua batasan perhimpunan.

MOSFET juga mempunyai kehilangan pemanasan yang lebih tinggi pada kuasa tinggi, jauh melebihi kehilangan pengatup IGBT. Dengan kapasiti melebihi 300-500W dan pada kekerapan di rantau 20-30 kHz, transistor IGBT akan diguna pakai.

Pada umumnya, untuk setiap tugas mereka memilih jenis utama mereka sendiri, dan terdapat beberapa pandangan tipikal mengenai aspek ini. MOSFET sesuai untuk operasi pada frekuensi melebihi 20 kHz dengan voltan bekalan sehingga 300 V - pengecas, menukar bekalan kuasa, penyongsang padat kuasa rendah, dan lain-lain - kebanyakannya dipasang hari ini di MOSFET.

IGBTs berfungsi dengan baik pada frekuensi sehingga 20 kHz dengan voltan bekalan 1000 volt atau lebih - penukar frekuensi, UPS, dan lain-lain - ini adalah segmen frekuensi rendah peralatan kuasa untuk transistor IGBT.

Dalam niche perantaraan - dari 300 hingga 1000 volt, pada frekuensi perintah 10 kHz - pemilihan suis semikonduktor teknologi yang sesuai dilakukan secara individu, menimbang pro dan kontra, termasuk harga, dimensi, kecekapan dan faktor lain.

Sementara itu, mustahil untuk mengatakan secara tegas bahawa dalam satu keadaan biasa IGBT sesuai, dan di satu lagi - hanya MOSFET. Ia perlu untuk mendekati secara menyeluruh perkembangan setiap peranti tertentu. Berdasarkan kuasa peranti, mod operasi, rejim haba yang dianggarkan, dimensi yang boleh diterima, ciri litar kawalan, dan sebagainya.

Dan yang paling penting - setelah memilih kunci jenis yang diperlukan, adalah penting bagi pemaju untuk menentukan parameternya dengan tepat, kerana dalam dokumentasi teknikal (dalam lembar data), tidak semuanya semuanya bersesuaian dengan realiti. Lebih tepat parameter diketahui, lebih cekap dan boleh dipercayai produk akan berubah, tanpa mengira sama ada IGBT atau MOSFET.

Lihat juga:Bipolar dan transistor kesan medan - apakah perbezaannya