Rozdiel medzi IGBT a MOSFET

Bipolárne tranzistory boli jediným tranzistorom so skutočným výkonom, ktorý sa používal až do vzniku veľmi účinných MOSFETov začiatkom 70. rokov. BJT prešli zásadným vylepšením svojho elektrického výkonu od svojho vzniku koncom roka 1947 a stále sa často používajú v elektronických obvodoch. Bipolárne tranzistory majú relatívne pomalé vypínacie charakteristiky a vykazujú negatívny teplotný koeficient, ktorý môže viesť k sekundárnemu rozkladu. MOSFET sú však zariadenia, ktoré sú riadené napätím a nie prúdom. Majú kladný teplotný koeficient pre odpor, ktorý zastavuje tepelný útek, a preto nedochádza k sekundárnemu rozkladu. Koncom 80-tych rokov sa na obrázok dostali IGBT. IGBT je v podstate krížikom medzi bipolárnymi tranzistormi a MOSFETmi a je tiež riadený napätím ako MOSFETy. Tento článok zdôrazňuje niektoré kľúčové body pri porovnaní týchto dvoch zariadení.

Čo je to MOSFET?

MOSFET, skratka pre „Tranzistor s polovodičovým poľovým efektom s kovovým oxidom“, je špeciálny typ tranzistora s poľným efektom, ktorý sa bežne používa vo integrovaných obvodoch vo veľkom meradle, a to vďaka svojej sofistikovanej štruktúre a vysokej vstupnej impedancii. Je to štvorkoncové polovodičové zariadenie, ktoré riadi analógové aj digitálne signály. Brána je umiestnená medzi zdrojom a odtokom a je izolovaná tenkou vrstvou oxidu kovu, ktorá bráni prúdu tečúcemu medzi bránou a kanálom. Táto technológia sa teraz používa vo všetkých druhoch polovodičových zariadení na zosilnenie slabých signálov.

Čo je to IGBT?

IGBT, skratka „Izolovaný hradlový bipolárny tranzistor“, je trojkoncové polovodičové zariadenie, ktoré kombinuje schopnosť bipolárneho tranzistora prenášať prúd s ľahkosťou ovládania MOSFET-u. Ide o relatívne nové zariadenie v výkonovej elektronike, ktoré sa zvyčajne používa ako elektronický prepínač v širokej škále aplikácií, od aplikácií so stredne veľkými až po ultravysoké napájanie, ako sú zdroje s prepínaným režimom (SMPS). Jeho štruktúra je takmer identická so štruktúrou MOSFETu okrem toho, že je pod substrátom n ďalší substrát.

Rozdiel medzi IGBT a MOSFET

1. Základné IGBT a MOSFET

IGBT znamená Bipolárny tranzistor s izolovanou bránou, zatiaľ čo MOSFET je skratka pre tranzistor s efektom polovodičového poľa s kovovým oxidom. Aj keď obidve sú napäťovo riadené polovodičové zariadenia, ktoré fungujú najlepšie v aplikáciách s prepínaným režimom napájania (SMPS), IGBT kombinujú vysokovýkonnú manipulačnú schopnosť bipolárnych tranzistorov s ľahkosťou ovládania MOSFETov. IGBT sú gatekeepers prúdu, ktorý kombinuje výhody BJT a MOSFET pre použitie v napájacích a kontrolných obvodoch motora. MOSFET je špeciálny typ tranzistora s efektom poľa, v ktorom použité napätie určuje vodivosť zariadenia.

2. Pracovný princíp IGBT a MOSFET

IGBT je v podstate MOSFET zariadenie, ktoré riadi bipolárny tranzistorový výkonový tranzistor s oboma tranzistormi integrovanými do jedného kusu kremíka, zatiaľ čo MOSFET je najbežnejšou izolovanou hradlovou FET, najbežnejšie vyrobenou riadenou oxidáciou kremíka. MOSFET všeobecne pracuje tak, že elektronicky mení šírku kanála napätím na elektróde nazývanej hradlo, ktoré je umiestnené medzi zdrojom a odtokom, a je izolované tenkou vrstvou oxidu kremičitého. MOSFET môže fungovať dvoma spôsobmi: režim vyčerpania a režim vylepšenia.

3. Impedancia vstupu IGBT a MOSFET

IGBT je napäťovo riadené bipolárne zariadenie s vysokou vstupnou impedanciou a veľkou schopnosťou manipulácie s prúdom bipolárneho tranzistora. V prípade vysokoprúdových aplikácií sa dajú ľahko ovládať v porovnaní s prúdom ovládanými zariadeniami. MOSFET nevyžadujú takmer žiadny vstupný prúd na riadenie záťažového prúdu, vďaka ktorému sú odolnejšie na koncovom zariadení brány, a to vďaka izolačnej vrstve medzi hradlom a kanálom. Vrstva je vyrobená z oxidu kremičitého, ktorý je jedným z najlepších použitých izolátorov. Účinne blokuje privádzané napätie s výnimkou malého zvodového prúdu.

4. Odolnosť proti poškodeniu

MOSFET sú náchylnejšie na elektrostatický výboj (ESD), pretože vysoká vstupná impedancia technológie MOS v MOSFET neumožňuje, aby sa náboj rozptýlil kontrolovanejším spôsobom. Dodatočný izolátor oxidu kremíka redukuje kapacitu brány, vďaka ktorej je zraniteľný voči špičkám vysokého napätia, ktoré nevyhnutne poškodzujú vnútorné komponenty. MOSFET sú veľmi citlivé na ESD. Tretia generácia IGBT kombinuje charakteristiky napäťového pohonu MOSFETu so schopnosťou bipolárneho tranzistora s nízkym odporom, čo ich robí veľmi tolerantnými voči preťaženiu a napäťovým špičkám..

5. Aplikácie IGBT a MOSFET

Zariadenia MOSFET sa široko používajú na prepínanie a zosilňovanie elektronických signálov v elektronických zariadeniach, zvyčajne v aplikáciách s vysokým šumom. Najčastejšie sa používa MOSFET v spínaných napájacích zdrojoch a navyše ich možno použiť v zosilňovačoch triedy D. Sú to najbežnejší tranzistor s efektom poľa a môžu sa použiť v analógových aj digitálnych obvodoch. Na druhej strane IGBT sa používajú v aplikáciách so stredne veľkým až veľmi vysokým výkonom, ako je napájanie v spínacom režime, indukčné vykurovanie a riadenie trakčného motora. Používa sa ako dôležitý komponent v moderných zariadeniach, ako sú elektrické autá, predradníky svetiel a VFD (meniče frekvencie).

IGBT vs. MOSFET: porovnávacia tabuľka

Zhrnutie IGBT Vs. MOSFET

Hoci IGBT aj MOSFET sú napäťovo riadené polovodičové zariadenia používané hlavne na zosilnenie slabých signálov, IGBT kombinujú schopnosť bipolárneho tranzistora s nízkym odporom s charakteristikami napäťového pohonu MOSFET. S rozširujúcim sa výberom medzi týmito dvoma zariadeniami je stále ťažšie vybrať si najlepšie zariadenie len na základe ich aplikácií. MOSFET je štvorkoncové polovodičové zariadenie, zatiaľ čo IGBT je trojkoncové zariadenie, ktoré je krížením medzi bipolárnym tranzistorom a MOSFETom, čo ich robí veľmi tolerantnými voči elektrostatickému výboju a preťaženiu..