Różnica między IGBT a MOSFET

Tranzystory bipolarne były jedynym tranzystorem o mocy rzeczywistej, dopóki bardzo wydajne tranzystory MOSFET nie pojawiły się na początku lat siedemdziesiątych. BJT przeszły istotne udoskonalenia wydajności elektrycznej od momentu powstania pod koniec 1947 r. I są nadal szeroko stosowane w obwodach elektronicznych. Tranzystory bipolarne mają stosunkowo powolną charakterystykę wyłączania i wykazują ujemny współczynnik temperaturowy, który może spowodować awarię wtórną. MOSFET to jednak urządzenia sterowane napięciem, a nie prądem. Mają dodatni współczynnik temperaturowy dla rezystancji, który zatrzymuje niekontrolowany wzrost temperatury, w wyniku czego nie dochodzi do wtórnego rozkładu. Następnie pod koniec lat 80. pojawiły się IGBT. IGBT jest w zasadzie skrzyżowaniem tranzystorów bipolarnych i tranzystorów MOSFET, a także jest sterowany napięciem, podobnie jak tranzystory MOSFET. W tym artykule podkreślono kilka kluczowych punktów porównujących oba urządzenia.

Co to jest MOSFET?

MOSFET, skrót od „Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor”, to specjalny rodzaj tranzystora polowego, szeroko stosowany w układach scalonych o bardzo dużej skali, dzięki swojej wyrafinowanej strukturze i wysokiej impedancji wejściowej. Jest to czterozaciskowe urządzenie półprzewodnikowe, które kontroluje zarówno sygnały analogowe, jak i cyfrowe. Bramka znajduje się między źródłem a odpływem i jest izolowana cienką warstwą tlenku metalu, która zapobiega przepływowi prądu między bramą a kanałem. Technologia ta jest obecnie stosowana we wszelkiego rodzaju urządzeniach półprzewodnikowych do wzmacniania słabych sygnałów.

Co to jest IGBT?

IGBT, skrót od „Insulated Gate Bipolar Transistor”, to trzyterminowe urządzenie półprzewodnikowe, które łączy w sobie zdolność przewodzenia prądu bipolarnego tranzystora z łatwością sterowania MOSFET. Są stosunkowo nowym urządzeniem w elektronice energetycznej, zwykle stosowanym jako przełącznik elektroniczny w szerokim zakresie zastosowań, od średnich do bardzo wysokich mocy, takich jak zasilacze impulsowe (SMPS). Jego struktura jest prawie identyczna jak w MOSFET, z wyjątkiem dodatkowego substratu p pod substratem n.

Różnica między IGBT a MOSFET

1. Podstawy IGBT i MOSFET

IGBT to skrót od Insulated-Gate Bipolar Transistor, natomiast MOSFET to skrót od Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Tranzystor. Chociaż oba są półprzewodnikowymi urządzeniami sterowanymi napięciem, które najlepiej działają w aplikacjach zasilaczy impulsowych (SMPS), tranzystory IGBT łączą w sobie możliwości przenoszenia prądu przez tranzystory bipolarne z łatwością sterowania tranzystorami MOSFET. IGBT to strażnicy prądu łączący zalety BJT i ​​MOSFET do stosowania w obwodach zasilania i sterowania silnikiem. MOSFET jest specjalnym rodzajem tranzystora polowego, w którym przyłożone napięcie określa przewodność urządzenia.

2. Zasada działania IGBT i MOSFET

IGBT jest zasadniczo urządzeniem MOSFET, które kontroluje dwubiegunowy tranzystor mocy z oboma tranzystorami zintegrowanymi na jednym kawałku krzemu, podczas gdy MOSFET jest najczęściej izolowaną bramką FET, najczęściej wytwarzaną przez kontrolowane utlenianie krzemu. MOSFET działa na ogół poprzez elektroniczną zmianę szerokości kanału o napięcie na elektrodzie zwanej bramą, która znajduje się między źródłem a drenem i jest izolowana cienką warstwą tlenku krzemu. MOSFET może działać na dwa sposoby: tryb wyczerpania i tryb ulepszenia.

3. Impedancja wejściowa IGBT i MOSFET

IGBT jest sterowanym napięciem bipolarnym urządzeniem o wysokiej impedancji wejściowej i dużej zdolności do obsługi prądu tranzystora bipolarnego. Mogą być łatwe do kontrolowania w porównaniu z urządzeniami sterowanymi prądem w aplikacjach wysokoprądowych. Tranzystory MOSFET prawie nie wymagają prądu wejściowego do sterowania prądem obciążenia, co czyni je bardziej rezystancyjnymi na zacisku bramki, dzięki warstwie izolacyjnej między bramką a kanałem. Warstwa wykonana jest z tlenku krzemu, który jest jednym z najlepszych stosowanych izolatorów. Skutecznie blokuje przyłożone napięcie, z wyjątkiem małego prądu upływu.

4. Odporność na uszkodzenia

MOSFET są bardziej podatne na wyładowania elektrostatyczne (ESD), ponieważ wysoka impedancja wejściowa technologii MOS w MOSFET nie pozwala na rozproszenie ładunku w bardziej kontrolowany sposób. Dodatkowy izolator z tlenku krzemu zmniejsza pojemność bramki, co czyni ją wrażliwą na bardzo wysokie skoki napięcia nieuchronnie uszkadzające elementy wewnętrzne. MOSFET są bardzo wrażliwe na wyładowania elektrostatyczne. IGBT trzeciej generacji łączy charakterystykę napięciową MOSFET-a z niską rezystancją bipolarnego tranzystora, dzięki czemu są wyjątkowo odporne na przeciążenia i skoki napięcia.

5. Aplikacje IGBT i MOSFET

Urządzenia MOSFET są szeroko stosowane do przełączania i wzmacniania sygnałów elektronicznych w urządzeniach elektronicznych, zwykle do zastosowań o wysokim poziomie hałasu. Większość zastosowań MOSFET-u to zasilacze impulsowe, a ponadto można ich używać we wzmacniaczach klasy D. Są najczęstszym tranzystorem polowym i mogą być stosowane zarówno w obwodach analogowych, jak i cyfrowych. Z drugiej strony tranzystory IGBT są stosowane w aplikacjach o średniej i bardzo dużej mocy, takich jak zasilacz impulsowy, ogrzewanie indukcyjne i sterowanie silnikiem trakcyjnym. Jest stosowany jako istotny element w nowoczesnych urządzeniach, takich jak samochody elektryczne, stateczniki lamp i VFD (napędy o zmiennej częstotliwości).

IGBT vs. MOSFET: Tabela porównawcza

Podsumowanie Vs IGBT MOSFET

Chociaż zarówno IGBT, jak i MOSFET są urządzeniami półprzewodnikowymi sterowanymi napięciem wykorzystywanymi głównie do wzmacniania słabych sygnałów, IGBT łączą niską rezystancję bipolarnego tranzystora z charakterystyką napięciową MOSFET. Wraz z rozprzestrzenianiem się wyborów między tymi dwoma urządzeniami coraz trudniej jest wybrać najlepsze urządzenie na podstawie samych aplikacji. MOSFET to czterozaciskowe urządzenie półprzewodnikowe, podczas gdy IGBT to trzy zaciskowe urządzenie, które jest skrzyżowaniem tranzystora bipolarnego z MOSFET, co czyni je wyjątkowo odpornymi na wyładowania elektrostatyczne i przeciążenia.