Rozdíl mezi IGBT a MOSFET

Bipolární tranzistory byly jediným tranzistorem se skutečným výkonem používaným až do doby, kdy začátkem 70. let vznikly velmi účinné MOSFETy. BJT prošly od svého založení na konci roku 1947 zásadními vylepšeními svého elektrického výkonu a stále se používají v elektronických obvodech. Bipolární tranzistory mají relativně pomalé vypínací charakteristiky a vykazují záporný teplotní koeficient, který může vést k sekundárnímu rozpadu. MOSFET jsou však zařízení, která jsou řízena napětím a ne proudem. Mají kladný teplotní koeficient pro odpor, který zastavuje tepelný únik a v důsledku toho nedochází k druhotnému rozkladu. Koncem osmdesátých let pak do obrazu přišly IGBT. IGBT je v podstatě křížením mezi bipolárními tranzistory a MOSFETy a je také řízeno napětím jako MOSFETy. Tento článek upozorňuje na některé klíčové body při porovnání obou zařízení.

Co je MOSFET?

MOSFET, zkratka pro „Tranzistor s tranzistorovým polem s efektem polovodičového pole“, je speciální typ tranzistoru s polním efektem, který se široce používá ve integrovaných obvodech ve velkém měřítku díky své sofistikované struktuře a vysoké vstupní impedanci. Jedná se o čtyřkoncové polovodičové zařízení, které řídí analogové i digitální signály. Vrata je umístěna mezi zdrojem a odtokem a je izolována tenkou vrstvou oxidu kovu, která zabraňuje toku proudu mezi branou a kanálem. Tato technologie se nyní používá ve všech druzích polovodičových zařízení k zesílení slabých signálů.

Co je to IGBT?

IGBT, zkratka „Izolovaný hradlový bipolární tranzistor“, je tříkoncové polovodičové zařízení, které kombinuje schopnost bipolárního tranzistoru přenášet proud s lehkostí ovládání MOSFETu. Jedná se o relativně nové zařízení v výkonové elektronice, které se obvykle používá jako elektronický přepínač v celé řadě aplikací, od středně velkých až po vysoce výkonné aplikace, jako jsou zdroje s přepínáním režimů (SMPS). Jeho struktura je téměř totožná se strukturou MOSFET s výjimkou přídavku substrátu p pod substrát n.

Rozdíl mezi IGBT a MOSFET

1. Základy IGBT a MOSFET

IGBT znamená Bipolární tranzistor s izolovanou bránou, zatímco MOSFET je zkratka pro tranzistor s efektem polovodičového pole s kovovým oxidem. Přestože jsou obě polovodičová zařízení řízená napětím, která fungují nejlépe v aplikacích s přepínáním v režimu napájení (SMPS), IGBT kombinují vysokorychlostní manipulační schopnost bipolárních tranzistorů se snadnou kontrolou MOSFETů. IGBT jsou gatekeepers proudu, který kombinuje výhody BJT a MOSFET pro použití v napájecích a řídicích obvodech motoru. MOSFET je speciální typ tranzistoru s efektem pole, ve kterém použité napětí určuje vodivost zařízení.

2. Pracovní princip IGBT a MOSFET

IGBT je v podstatě zařízení MOSFET, které řídí bipolární tranzistorový výkonový tranzistor s oběma tranzistory integrovanými do jednoho kusu křemíku, zatímco MOSFET je nejčastější izolovaný hradlový FET, nejčastěji vyrobený řízenou oxidací křemíku. MOSFET obecně pracuje tak, že elektronicky mění šířku kanálu napětím na elektrodě nazývané hradlo, které je umístěno mezi zdrojem a odtokem, a je izolováno tenkou vrstvou oxidu křemičitého. MOSFET může fungovat dvěma způsoby: režim vyčerpání a režim vylepšení.

3. Impedance vstupu IGBT a MOSFET

IGBT je napěťově řízené bipolární zařízení s vysokou vstupní impedancí a velkou schopností manipulace s proudem bipolárního tranzistoru. Lze je snadno ovládat ve srovnání s běžně ovládanými zařízeními ve vysoce současných aplikacích. MOSFET nevyžadují téměř žádný vstupní proud k řízení zátěžového proudu, díky kterému jsou odolnější na terminálu brány díky izolační vrstvě mezi hradlem a kanálem. Vrstva je vyrobena z oxidu křemičitého, který je jedním z nejlepších použitých izolátorů. Účinně blokuje použité napětí, s výjimkou malého svodového proudu.

4. Odolnost proti poškození

MOSFET jsou náchylnější k elektrostatickému výboji (ESD), protože vysoká vstupní impedance technologie MOS v MOSFETu neumožňuje, aby se náboj rozptýlil kontrolovanějším způsobem. Další izolátor oxidu křemičitého snižuje kapacitu brány, díky čemuž je zranitelný vůči špičkám vysokého napětí, což nevyhnutelně poškozuje vnitřní komponenty. MOSFET jsou velmi citlivé na ESD. Třetí generace IGBT kombinuje charakteristiky napěťového pohonu MOSFETu se schopností bipolárního tranzistoru s nízkým odporem, což je činí extrémně tolerantní vůči přetížení a napěťovým špičkám.

5. Aplikace IGBT a MOSFET

Zařízení MOSFET jsou široce používána pro přepínání a zesilování elektronických signálů v elektronických zařízeních, obvykle pro aplikace s vysokým šumem. Nejvíce aplikace MOSFET je v přepínačích napájení, a mohou být použity ve zesilovačích třídy D. Jsou nejběžnějším tranzistorem s polním efektem a mohou být použity v analogových i digitálních obvodech. IGBT se naproti tomu používají v aplikacích se středním až velmi vysokým výkonem, jako je napájení ve spínacím režimu, indukční ohřev a řízení trakčního motoru. Používá se jako důležitá součást moderních spotřebičů, jako jsou elektromobily, předřadníky a VFD (měniče kmitočtu).

IGBT vs. MOSFET: Srovnávací tabulka

Shrnutí IGBT Vs. MOSFET

I když IGBT i MOSFET jsou napěťově řízená polovodičová zařízení, která se používají hlavně k zesílení slabých signálů, IGBT kombinují schopnost bipolárního tranzistoru s nízkým odporem s charakteristikami napěťového pohonu MOSFET. S rozšiřováním možností mezi oběma zařízeními je stále obtížnější vybrat nejlepší zařízení pouze na základě jejich aplikací. MOSFET je čtyřkoncové polovodičové zařízení, zatímco IGBT je tříkoncové zařízení, které je křížením mezi bipolárním tranzistorem a MOSFETem, což je činí velmi odolnými vůči elektrostatickému výboji a přetížení..