Razlika med IGBT in MOSFET

Bipolarni tranzistorji so bili edini pravi tranzistor moči, ki so ga uporabljali, dokler se v začetku sedemdesetih let niso pojavili zelo učinkoviti MOSFET-i. BJT-ji so že od ustanovitve konec leta 1947 doživeli življenjske izboljšave svojih električnih lastnosti in se še vedno pogosto uporabljajo v elektronskih vezjih. Bipolarni tranzistorji imajo sorazmerno počasne značilnosti izklopa in imajo negativni temperaturni koeficient, kar lahko povzroči sekundarno okvaro. MOSFET pa so naprave, ki so pod napetostjo in ne s tokom. Imajo pozitiven temperaturni koeficient za upor, ki ustavi toplotno odtekanje in posledično ne pride do sekundarne okvare. Nato so IGBT-ji prišli v sliko v poznih osemdesetih letih. IGBT je v bistvu križ med bipolarnimi tranzistorji in MOSFET in je tudi napetostno nadzorovan kot MOSFET. Ta članek izpostavlja nekaj ključnih točk v primerjavi obeh naprav.

Kaj je MOSFET?

MOSFET, okrajšava za polprevodniški terenski tranzistor s kovinskim oksidom, je posebna vrsta poljskega efektnega tranzistorja, ki se široko uporablja v integriranih vezjih velikega obsega, zahvaljujoč svoji prefinjeni strukturi in veliki vhodni impedance. Gre za štiri-končno polprevodniško napravo, ki nadzoruje tako analogne kot digitalne signale. Vrata so nameščena med izvirom in odtokom in so izolirana s tanko plastjo kovinskega oksida, ki preprečuje, da bi tok med zapornico in kanalom tekel. Tehnologija se zdaj uporablja v vseh vrstah polprevodniških naprav za ojačanje šibkih signalov.

Kaj je IGBT?

IGBT, ki pomeni "Bipolarni tranzistor z izoliranim vratom", je tri-končna polprevodniška naprava, ki združuje trenutno zmogljivost bipolarnega tranzistorja z enostavnim krmiljenjem MOSFET-a. So relativno nova naprava v napajalni elektroniki, ki se običajno uporablja kot elektronsko stikalo v širokem območju uporabe, od srednje do zelo močnih aplikacij, kot so napajalniki s stikalom (SMPS). Njegova struktura je skoraj enaka strukturi MOSFET, razen dodatka p podlage pod n podlago.

Razlika med IGBT in MOSFET

1. Osnove IGBT in MOSFET

IGBT je kratica za bipolarni tranzistor z izoliranimi vrati, MOSFET pa je kratek za polprevodniški tranzistor s kovinskim oksidom. Čeprav sta obe polprevodniški napravi z napetostnim nadzorom, ki najbolje delujeta v aplikacijah za napajanje (SMPS), IGBT-ji združujejo visoko tokovno sposobnost vodenja bipolarnih tranzistorjev in enostavno upravljanje MOSFET-ov. IGBT-ji so tokovni vratarji, ki združujejo prednosti BJT in MOSFET za uporabo v napajalnih in krmilnih vezjih motorja. MOSFET je posebna vrsta poljskega efektorskega tranzistorja, v katerem uporabljena napetost določa prevodnost naprave.

2. Načelo dela IGBT in MOSFET

IGBT je v bistvu naprava MOSFET, ki upravlja bipolni tranzistor z bipolarnim stičiščem z obema tranzistorjema, integriranimi na enem kosu silicija, medtem ko je MOSFET najpogostejša izolirana vrata FET, najpogosteje izdelana z nadzorovano oksidacijo silicija. MOSFET običajno deluje tako, da elektronsko spreminja širino kanala z napetostjo na elektrodi, imenovani zapornica, ki se nahaja med izvirom in odtokom, in je izolirana s tanko plastjo silicijevega oksida. MOSFET lahko deluje na dva načina: način izčrpavanja in način izboljšave.

3. Vhodna impedanca IGBT in MOSFET

IGBT je napetostna krmiljena bipolarna naprava z visoko vhodno impedanco in veliko zmogljivostjo pretoka bipolarnega tranzistorja. Lahko jih je enostavno nadzorovati v primerjavi s trenutno nadzorovanimi napravami v aplikacijah z visokim tokom. MOSFET ne potrebujejo skoraj nobenega vhodnega toka za nadzor obremenitvenega toka, zaradi česar so na zapornem terminalu bolj uporovni, zahvaljujoč izolacijski plasti med vrati in kanalom. Plast je narejena iz silicijevega oksida, ki je eden najboljših uporabljenih izolatorjev. Učinkovito blokira napetost napetosti z izjemo majhnega uhajalnega toka.

4. Odpornost proti poškodbam

MOSFET so bolj dovzetni za elektrostatično razelektritev (ESD), saj velika vhodna impedanca MOS tehnologije v MOSFET ne bo omogočila, da bi se naboj bolj nadzoroval. Dodatni izolator iz silicijevega oksida zmanjša kapacitivnost vrat, zaradi česar je ranljiv pred zelo visokimi napetostnimi konicami, ki neizogibno poškodujejo notranje komponente. MOSFET so zelo občutljivi na ESD. IGBT-ji tretje generacije združujejo značilnosti napetostnega pogona MOSFET z nizko odpornostjo bipolarnega tranzistorja, s čimer so izredno tolerantni proti preobremenitvam in napetostnim trkom.

5. Aplikacije IGBT in MOSFET

Naprave MOSFET se pogosto uporabljajo za preklapljanje in ojačevanje elektronskih signalov v elektronskih napravah, običajno za aplikacije z visokim hrupom. MOSFET je najbolj uporaben v napajalnikih in jih lahko uporabljate v ojačevalcih razreda D. So najpogostejši tranzistor s poljskim učinkom in jih je mogoče uporabiti v analognih in digitalnih vezjih. Po drugi strani se IGBT-ji uporabljajo v srednjih do ultra močnih aplikacijah, kot so napajanje v stikalnem načinu, indukcijsko ogrevanje in krmiljenje vlečnega motorja. Uporablja se kot vitalna sestavina v sodobnih napravah, kot so električni avtomobili, predstikalne naprave in VFD (pogoni s spremenljivo frekvenco).

IGBT vs. MOSFET: Primerjalna tabela

Povzetek IGBT Vs. MOSFET

Čeprav sta tako IGBT kot MOSFET polprevodniške naprave z nadzorom napetosti, ki se večinoma uporabljajo za ojačanje šibkih signalov, IGBT združujejo zmogljivost bipolarnega tranzistorja z nizkim uporom z značilnostmi napetostnega pogona MOSFET. S širjenjem izbire med obema napravama je vedno težje izbrati najboljšo napravo samo na podlagi njihovih aplikacij. MOSFET je štirinačna polprevodniška naprava, medtem ko je IGBT trikanalna naprava, ki je križ med bipolarnim tranzistorjem in MOSFET, zaradi česar so izjemno tolerantni do elektrostatičnega praznjenja in preobremenitev.