Повер МОСФЕТ и ИГБТ транзистори, разлике и карактеристике њихове примене

Технологије на пољу енергетске електронике се стално побољшавају: релеји постају у чврстом стању, биполарни транзистори и тиристори све се интензивније замјењују транзисторима са ефектом поља, развијају се нови материјали и примјењују се у кондензаторима итд. - активна технолошка еволуција је јасно видљива свуда, која не престаје током једне године. Шта је разлог за то?

То је очигледно због чињенице да произвођачи у неком тренутку нису у стању да удовоље захтевима потрошача по могућностима и квалитету електричне електроничке опреме: релеј искре и гори контакте, биполарни транзистори захтевају превише снаге за контролу, а енергетски уређаји су неприхватљиво. много простора итд. Произвођачи се такмиче између себе - ко ће први понудити најбољу алтернативу ...?

Појавили су се пољски МОСФЕТ транзистори, захваљујући којима је контрола протока носача набоја постала могућа не променом основне струје, као у биполарни преци, и помоћу електричног поља затварача, у ствари - једноставно применом напона на затварач.

Као резултат тога, до почетка 2000-их удео енергетских уређаја на МОСФЕТ-у и ИГБТ-у износио је око 30%, док је биполарни транзистор у енергетској електроници остао мањи од 20%. Током протеклих 15 година дошло је до још значајнијег помака, и класични биполарни транзистори готово у потпуности су уступили место МОСФЕТ-у и ИГБТ-у у сегменту управљаних полуводичких склопки.

Дизајнирање, на пример, високофреквентни претварач енергије, програмер већ бира између МОСФЕТ-а и ИГБТ-а - оба су контролисана напоном примењеним на капији, а не струјом, попут биполарних транзистора, а као резултат тога, контролни кругови су једноставнији. Размотримо, међутим, карактеристике ових веома транзистора контролираних напоном капија.

МОСФЕТ или ИГБТ

У ИГБТ (ИГБТ биполарни транзистор са изолираном капијом) у отвореном стању, радна струја пролази кроз п-н спој, а у МОСФЕТ - кроз канал за одвод, који има отпорни карактер. Овде су могућности за расипање енергије код ових уређаја различите, а губици су различити: код уређаја с МОСФЕТ пољем дисипутирана снага ће бити пропорционална квадрату струје кроз канал и отпору канала, док је за ИГБТ дисипуирана снага пропорционална напону засићења колектора и емитеру и струји кроз канал. у првом степену.

Ако морамо смањити кључне губитке, мораћемо да одаберемо МОСФЕТ са нижим отпором канала, али не заборавите да ће се с порастом температуре полуводича овај отпор повећавати, а губици грејања и даље повећавати. Али код ИГБТ-а, с порастом температуре, напон засићења пн спајања, напротив, опада, што значи да се смањују губици грејања.

Али није све тако елементарно као што се може чинити наочиглед особе неискусне у снажној електроници. Механизми за утврђивање губитака у ИГБТ и МОСФЕТ су суштински различити.

Као што разумете, у МОСФЕТ транзистору, отпор канала у проводном стању узрокује на њему одређене губитке снаге, који су, према статистичким подацима, скоро 4 пута већи од снаге утрошене на контролу врата.

С ИГБТ-ом је ситуација управо супротна: губици на транзицији су мањи, али трошкови енергије за управљање су већи. Говоримо о фреквенцијама величине 60 кХз, а што је већа фреквенција, то је већи губитак контроле затварача, посебно у погледу ИГБТ-а.

Ствар је у томе што у МОСФЕТ-у мањински носачи не рекомбинују, као што је случај у ИГБТ-у, који укључује МОСФЕТ транзистор са ефектом поља који одређује брзину отварања, али где база није директно доступна, а немогуће је убрзати процес коришћењем спољних кола.Као резултат тога, динамичке карактеристике ИГБТ-а су ограничене, а максимална радна фреквенција ограничена.

Повећавајући коефицијент преноса и смањујући напон засићења, рецимо да смањујемо статичке губитке, али онда повећавамо губитке током пребацивања. Из тог разлога, произвођачи ИГБТ-ова у документацији за своје уређаје наводе оптималну фреквенцију и максималну брзину пребацивања.

Постоји недостатак код МОСФЕТ-а. Његову унутрашњу диоду карактерише ограничено обрнуто време опоравка, које на један или други начин премашује време опоравка карактеристично за унутрашње анти-паралелне ИГБТ диоде. Као резултат, имамо прекидачке губитке и тренутна преоптерећења МОСФЕТ-а у полу-мостовским круговима.

Сада директно о распршеној топлоти. Површина ИГБТ структуре полуводича већа је од МОСФЕТ-а, дакле, распршена снага ИГБТ је већа, међутим температура преласка се интензивније повећава током рада кључа, стога је важно одабрати радијатор до кључа, правилно израчунати топлотни ток, узимајући у обзир топлотни отпор свих граница. монтажа.

МОСФЕТ-ови такође имају веће губитке грејања при великој снази, далеко прелазећи губитак ИГБТ затварача. Са капацитетима изнад 300-500В и фреквенцијама у региону од 20-30 кХз, ИГБТ транзистори ће превладавати.

Генерално, за сваки задатак они бирају сопствену врсту кључа и постоје одређени типични погледи на овај аспект. МОСФЕТ-ови су погодни за рад на фреквенцијама изнад 20 кХз са напајањем до 300 В - пуњачи, пребацивање напајања, компактни претварачи мале снаге итд. - велика већина њих је данас састављена на МОСФЕТ-у.

ИГБТ-ови добро раде на фреквенцијама до 20 кХз са напајањем од 1000 волти или више - фреквентним претварачима, УПС-ом итд. - ово су нискофреквентни сегмент енергетске опреме за ИГБТ транзисторе.

У средњој ниши - од 300 до 1000 волти, на фреквенцијама од 10 кХз - избор полуводичког прекидача одговарајуће технологије врши се искључиво појединачно, одмеравајући предности и недостатке, укључујући цене, димензије, ефикасност и друге факторе.

У међувремену, немогуће је недвосмислено рећи да је у једној типичној ситуацији ИГБТ погодан, а у другој - само МОСФЕТ. Потребно је свеобухватно приступити развоју сваког одређеног уређаја. На основу снаге уређаја, начина рада, процењеног топлотног режима, прихватљивих димензија, карактеристика управљачког круга итд.

И што је најважније - одабиром кључева потребног типа, програмеру је важно да прецизно одреди њихове параметре, јер у техничкој документацији (на листи података) никако не одговара баш сва стварност. Што су тачнији параметри познати, ефикаснији и поузданији ће се испоставити, без обзира да ли је у питању ИГБТ или МОСФЕТ.

Погледајте такође:Биполарни и пољски транзистори - у чему је разлика