Diferența dintre IGBT și MOSFET

Tranzistoarele bipolare au fost singurele tranzistoare de putere reale folosite până când MOSFET-urile foarte eficiente au apărut la începutul anilor 1970. BJT-urile au trecut prin îmbunătățiri vitale ale performanțelor electrice de la începutul lui la sfârșitul lui 1947 și sunt încă utilizate pe scară largă în circuitele electronice. Tranzistorii bipolari au caracteristici relativ lente de oprire și prezintă un coeficient de temperatură negativ care poate duce la defalcare secundară. MOSFET-urile, cu toate acestea, sunt dispozitive care sunt controlate de tensiune, mai degrabă decât de curent controlat. Ei au un coeficient de temperatură pozitiv pentru rezistența care oprește căldura termică și, în consecință, nu are loc defalcarea secundară. Apoi, IGBT-urile au intrat în imagine la sfârșitul anilor 1980. IGBT este în principiu o cruce între tranzistoare bipolare și MOSFET-uri și este, de asemenea, controlate de tensiune ca MOSFET-urile. Acest articol evidențiază câteva puncte cheie care compară cele două dispozitive.

Ce este un MOSFET??

MOSFET, scurt pentru "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor", este un tip special de tranzistor cu efect de câmp utilizat pe scară largă în circuite integrate la scară largă datorită structurii sale sofisticate și impedanței mari de intrare. Este un dispozitiv semiconductor cu patru terminale care controlează semnalele analogice și digitale. Poarta este situată între sursă și scurgere și este izolată de un strat subțire de oxid metalic, care împiedică scurgerea curentului între poartă și canal. Tehnologia este acum utilizată în toate tipurile de dispozitive semiconductoare pentru amplificarea semnalelor slabe.

Ce este un IGBT?

IGBT, reprezintă "tranzistorul bipolar cu izolație la poartă", este un dispozitiv semiconductor cu trei terminale, care combină capabilitatea de a transporta curentul unui tranzistor bipolar cu ușurința de control al unui MOSFET. Ele sunt un dispozitiv relativ nou în domeniul electronicii de putere, utilizat în mod obișnuit ca un comutator electronic într-o gamă largă de aplicații, de la aplicații de putere medii până la cele mai înalte, cum ar fi surse de alimentare în comutare (SMPS). Structura sa este aproape identică cu cea a unui MOSFET, cu excepția unui substrat p sub substratul n.

Diferența dintre IGBT și MOSFET

1. Bazele IGBT și MOSFET

IGBT reprezintă tranzistorul bipolar cu izolație, în timp ce MOSFET este scurt pentru tranzistorul cu efect de câmp cu semiconductor metalic-oxid. Deși ambele sunt dispozitive semiconductoare controlate de tensiune care funcționează cel mai bine în aplicațiile de alimentare cu alimentare în comutație (SMPS), IGBT-urile combină capacitatea mare de manipulare a curentului cu tranzistoare bipolare cu ușurința controlului MOSFET-urilor. IGBT-urile sunt gateway-uri de curent care combină avantajele unui BJT și MOSFET pentru utilizarea în circuitele de alimentare și de comandă a motorului. MOSFET este un tip special de tranzistor cu efect de câmp în care tensiunea aplicată determină conductivitatea unui dispozitiv.

2. Principiul de lucru al IGBT și MOSFET

Un IGBT este în esență un dispozitiv MOSFET care controlează un tranzistor de putere joncțiune bipolară cu ambele tranzistoare integrate pe o singură bucată de siliciu, în timp ce MOSFET este cel mai frecvent izolat FET poarta, cel mai frecvent fabricată prin oxidarea controlată a siliciului. MOSFET funcționează în general prin modificarea electronică a lățimii canalului prin tensiunea pe un electrod numit poarta care se află între sursă și scurgere și este izolată de un strat subțire de oxid de siliciu. Un MOSFET poate funcționa în două moduri: modul de epuizare și modul de îmbunătățire.

3. Impedanță de intrare a IGBT și MOSFET

Un IGBT este un dispozitiv bipolar cu tensiune controlată, cu impedanță de intrare ridicată și capacitate mare de manipulare a curentului de către un tranzistor bipolar. Ele pot fi ușor de controlat în comparație cu dispozitivele curente controlate în aplicații cu curent ridicat. MOSFET-urile necesită aproape nici un curent de intrare pentru a controla curentul de sarcină, ceea ce le face mai rezistente la poarta, datorită stratului de izolare dintre poartă și canal. Stratul este realizat din oxid de siliciu, care este unul dintre cei mai buni izolatori utilizați. Acesta blochează eficient tensiunea aplicată, cu excepția unui mic curent de scurgere.

4. Rezistența la deteriorare

MOSFET-urile sunt mai susceptibile la descărcări electrostatice (ESD), deoarece impedanța de intrare ridicată a tehnologiei MOS într-un MOSFET nu va permite încărcarea să se disipeze într-un mod mai controlat. Instalația suplimentară de oxid de siliciu reduce capacitatea porții, ceea ce o face vulnerabilă față de vârfurile de tensiune foarte ridicată, dăunând în mod inevitabil componentele interne. MOSFET-urile sunt foarte sensibile la ESD. A treia generație de IGBT combină caracteristicile unității de tensiune a unui MOSFET cu capacitatea scăzută de rezistență a unui tranzistor bipolar, făcându-le astfel extrem de tolerante față de supraîncărcări și vârfuri de tensiune.

5. Aplicații ale IGBT și MOSFET

Dispozitivele MOSFET sunt utilizate pe scară largă pentru comutarea și amplificarea semnalelor electronice în dispozitive electronice, în mod obișnuit pentru aplicații de zgomot ridicate. Cele mai multe aplicații ale unui MOSFET sunt în surse de alimentare cu comutare, plus pot fi utilizate în amplificatoarele de clasă D. Ele sunt cel mai obișnuit tranzistor cu efect de câmp și pot fi utilizate atât în ​​circuitele analogice cât și digitale. IGBT-urile, pe de altă parte, sunt utilizate în aplicații cu putere medie sau ultra-mare, cum ar fi sursa de alimentare cu comutare, încălzirea prin inducție și controlul motorului de tracțiune. Este folosit ca o componentă vitală în aparatele moderne cum ar fi mașinile electrice, balasturile pentru lampă și VFD-urile (unități de frecvență variabilă).

IGBT vs. MOSFET: Graficul de comparație

Rezumat al IGBT vs. MOSFET

Deși ambele IGBT și MOSFET sunt dispozitive semiconductoare controlate de tensiune folosite în principal pentru amplificarea semnalelor slabe, IGBT-urile combină capacitatea scăzută de rezistență a unui tranzistor bipolar cu caracteristicile unității de tensiune a unui MOSFET. Odată cu proliferarea opțiunilor dintre cele două dispozitive, devine din ce în ce mai dificil să alegem cel mai bun dispozitiv bazat exclusiv pe aplicațiile lor. MOSFET este un dispozitiv semiconductor cu patru terminale, în timp ce IGBT este un dispozitiv cu trei terminale care este o cruce între tranzistorul bipolar și un MOSFET, ceea ce le face extrem de tolerante la descărcarea electrostatică și supraîncărcarea.