στο 2024/07/10 527

MOSFET εναντίον IGBT

Στον κόσμο των ηλεκτρονικών ισχύος, η επιλογή της σωστής συσκευής ημιαγωγών είναι πολύ σημαντική για τη βελτίωση της απόδοσης, της αποτελεσματικότητας και της αξιοπιστίας των ηλεκτρονικών συστημάτων.Δύο δημοφιλείς επιλογές είναι διπολικά τρανζίστορ πύλης πύλης (SI IGBTs) και τρανζίστορ πεδίου πεδίου με μεταλλικό-οξείδιο-σιλόξιδο πυριτίου (SIC MOSFETs).Κάθε μία από αυτές τις συσκευές έχει μοναδικά χαρακτηριστικά και οφέλη, καθιστώντας τα κατάλληλα για διαφορετικές χρήσεις.Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει τις κύριες διαφορές μεταξύ των Si Igbts και των SIC MOSFET, συζητώντας τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα, τα μειονεκτήματα και τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζουν την τεχνολογία του μετατροπέα, ειδικά στα συστήματα κίνησης κινητήρα.Με την κατανόηση αυτών των διαφορών, οι μηχανικοί και οι σχεδιαστές μπορούν να λάβουν καλύτερες αποφάσεις για να βελτιώσουν τα ηλεκτρονικά τους έργα.

Κατάλογος

Εικόνα 1: MOSFET εναντίον IGBT

Κατανόηση των si igbts και sic mosfets

Sic mosfets

Τα τρανζίστορ πεδίου-φάσης μεταλλικού οξειδίου-σιγοειδούς σιλικόνου (SIC MOSFETs) λειτουργούν ελέγχοντας την τάση που εφαρμόζεται στον ακροδέκτη της πύλης τους.Ένα από τα κύρια οφέλη των SIC MOSFETs είναι η ισχυρή αντίσταση τους στη θερμική διαφυγή, μια κατάσταση όπου η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε περαιτέρω αυξήσεις της θερμοκρασίας, ενδεχομένως προκαλώντας βλάβη της συσκευής.Αυτή η αντίσταση οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην καλύτερη αγωγιμότητα θερμότητας του καρβιδίου πυριτίου (sic) σε σύγκριση με το κανονικό πυρίτιο.Η υψηλή αγωγιμότητα θερμότητας του SIC εξασφαλίζει αποτελεσματική διάχυση θερμότητας στο επίπεδο της συσκευής, διατηρώντας σταθερές θερμοκρασίες λειτουργίας ακόμη και υπό συνθήκες υψηλής ισχύος.

Αυτή η ικανότητα διαχείρισης της θερμότητας είναι πολύ σημαντική σε περιβάλλοντα με υψηλές θερμοκρασίες, όπως αυτές που βρίσκονται σε αυτοκίνητα και βιομηχανικά περιβάλλοντα.Σε αυτές τις περιπτώσεις, η αξιοπιστία και η αποτελεσματικότητα των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων είναι πολύ σημαντικές και οι SIC MOSFET παρέχουν μια ισχυρή λύση.Η ικανότητά τους να διατηρούν την απόδοση και να αποτρέπουν την υπερθέρμανση υπό δύσκολες συνθήκες τους καθιστά ιδιαίτερα επιθυμητές για τα ηλεκτρονικά ηλεκτρικά, όπου η διαχείριση της θερμότητας αποτελεί μεγάλη ανησυχία.

Si igbts

Τα διπολικά τρανζίστορ πύλης που μοιάζουν με πυρίτιο (SI IGBTs) είναι συσκευές ημιαγωγών που ελέγχονται από το ρεύμα, οι οποίες λειτουργούν εφαρμόζοντας ένα ρεύμα στον τερματικό της πύλης.Αυτά τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές που μετατρέπουν το άμεσο ρεύμα (DC) σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), ειδικά σε κινητικές μονάδες.Η έλξη των Si Igbts είναι η ικανότητά τους να χειρίζονται αποτελεσματικά τα υψηλά ρεύματα.Προσφέρουν επίσης γρήγορες ταχύτητες μεταγωγής, οι οποίες είναι πολύ σημαντικές για εφαρμογές που χρειάζονται γρήγορο και ακριβή έλεγχο ισχύος.

Όσον αφορά τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, τα SI IGBTs έχουν υψηλής τάσης, επιτρέποντάς τους να λειτουργούν με ασφάλεια υπό συνθήκες υψηλής τάσης.Έχουν επίσης πτώση χαμηλής τάσης κατά μήκος της συσκευής κατά τη διεξαγωγή ρεύματος, το οποίο οδηγεί σε χαμηλότερες απώλειες ισχύος και καλύτερη απόδοση.Επιπλέον, οι SI IGBTs έχουν χαμηλές απώλειες αγωγιμότητας, πράγμα που σημαίνει ότι χρησιμοποιούν λιγότερη ισχύ όταν το τρανζίστορ βρίσκεται στην κατάσταση «σε», βελτιώνοντας τη συνολική απόδοση του συστήματος.

Αυτές οι ιδιότητες καθιστούν τα SI IGBTs ιδιαίτερα κατάλληλα για εφαρμογές κινητήρων κινητήρων υψηλής ισχύος, όπως εκείνες στα συστήματα παραγωγής.Η ισχυρή απόδοσή τους σε αυτά τα σκληρά περιβάλλοντα οφείλεται στην ικανότητά τους να αλλάζουν αποτελεσματικά τα μεγάλα ρεύματα και τις τάσεις, καθιστώντας τους μια προσιτή και αξιόπιστη επιλογή για τον έλεγχο των κινητήρων υψηλής ισχύος.

Οι μετατροπείς και ο αντίκτυπός τους στα συστήματα κίνησης κινητήρα

Εικόνα 2: Οι μετατροπείς και ο αντίκτυπός τους στα συστήματα κίνησης κινητήρα

Στις εφαρμογές κίνησης κινητήρα, οι μετατροπείς διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην αλλαγή του άμεσου ρεύματος (DC) από τα συστήματα μπαταριών σε εναλλασσόμενο ρεύμα (AC), τους οποίους οι ηλεκτρικοί κινητήρες πρέπει να εκτελούν.Αυτή η αλλαγή είναι πολύ απαραίτητη για τα ηλεκτρικά οχήματα, όπου τα μεγάλα πακέτα μπαταριών δίνουν την απαιτούμενη ισχύ DC.Οι μετατροπείς χειρίζονται πολλά σημαντικά μέρη της απόδοσης του κινητήρα, συμπεριλαμβανομένης της ταχύτητας, της ροπής, της ισχύος και της απόδοσης.Βοηθούν επίσης στο αναγεννητικό πέδηση, το οποίο είναι ένα χαρακτηριστικό που συλλαμβάνει ενέργεια κατά τη διάρκεια της πέδησης και το στέλνει πίσω στην μπαταρία, καθιστώντας όλο το σύστημα πιο ενεργειακά αποδοτικό.

Ο τύπος του μετατροπέα που χρησιμοποιείται επηρεάζει σημαντικά πόσο καλά λειτουργεί το σύστημα κίνησης κινητήρα.Ιστορικά, χρησιμοποιήθηκαν ευρέως δύο τύποι μετατροπέων: διπολικά τρανζίστορ πύλης πύλης (SI IGBTs) και τρανζίστορ πεδίου-φαινομενικού φαινομένου με μεταλλικό οξείδιο του πυριτίου (SIC MOSFETs).

Οι Si Igbts ήταν η τυποποιημένη επιλογή επειδή είναι αξιόπιστες και οι διαδικασίες παραγωγής για αυτούς είναι καθιερωμένες.Ωστόσο, οι SIC MOSFETs γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς επειδή αποδίδουν καλύτερα.Τα SIC MOSFET έχουν χαμηλότερες απώλειες μεταγωγής, καλύτερη αγωγιμότητα θερμότητας και μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλότερες συχνότητες και θερμοκρασίες σε σύγκριση με τα SI IGBTs.Αυτά τα πλεονεκτήματα οδηγούν σε καλύτερη απόδοση, λιγότερη ανάγκη ψύξης και ικανότητα σχεδιασμού μικρότερων και ελαφρύτερων συστημάτων κίνησης κινητήρα.

Στην αρχή, το υψηλό κόστος των SIC MOSFETS περιόρισε τη χρήση τους σε υψηλές ή ειδικές εφαρμογές.Ωστόσο, οι βελτιώσεις στην τεχνολογία κατασκευής και στη μαζική παραγωγή έχουν μειώσει σημαντικά το κόστος των συσκευών SIC, καθιστώντας τους μια πρακτική και ελκυστική επιλογή για ένα ευρύτερο φάσμα εφαρμογών κινητήρων.Αυτή η μείωση του κόστους, μαζί με τα οφέλη απόδοσης, οδήγησε σε μεγαλύτερη χρήση των SIC MOSFET σε διάφορες βιομηχανίες, συμπεριλαμβανομένων των αυτοκινήτων, της βιομηχανικής αυτοματοποίησης και των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των si igbts και sic mosfets

Si Igbts (διπολικά τρανζίστορ πύλης Silicon)

Τα διπολικά τρανζίστορ πύλης πύλης (SI IGBTs) χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές υψηλής ισχύος λόγω των ισχυρών χαρακτηριστικών τους.Ακολουθεί μια λεπτομερής ματιά στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους:

• Πλεονεκτήματα των Si Igbts

Χειρίζεται καλά ρεύματα καλά: Οι Si Igbts είναι πολύ καλοί στη διαχείριση μεγάλων ρευμάτων αποτελεσματικά.Αυτό τους καθιστά μια καλή επιλογή για εφαρμογές που πρέπει να χειριστούν μεγάλα φορτία ισχύος, όπως τα βιομηχανικά μηχανήματα και τα ηλεκτρικά οχήματα.

Γρήγορη ταχύτητα μεταγωγής: Τα SI IGBTs μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιήσουν γρήγορα, γεγονός που βελτιώνει την απόδοσή τους σε συστήματα που χρειάζονται γρήγορες αλλαγές στην τρέχουσα ροή.Αυτή η δυνατότητα γρήγορης μεταγωγής είναι χρήσιμη για εφαρμογές που απαιτούν ταχείες αλλαγές, οδηγώντας σε καλύτερη ανταπόκριση και απόδοση.

Χαμηλό κόστος: Η παραγωγική διαδικασία για τα SI IGBTs είναι ώριμη και καθιερωμένη, με αποτέλεσμα το χαμηλότερο κόστος παραγωγής.Αυτό το πλεονέκτημα κόστους καθιστά την επιλογή φιλική προς τον προϋπολογισμό για πολλές εφαρμογές υψηλής ισχύος, διατηρώντας τα συνολικά έξοδα του συστήματος κάτω.

Μπορεί να χειριστεί υψηλές τάσεις: Οι Si IGBTs μπορούν να αντέξουν σε υψηλές τάσεις, καθιστώντας τα κατάλληλα για εφαρμογές που λειτουργούν σε υψηλά επίπεδα τάσης.Αυτή η ικανότητα είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στα συστήματα μετάδοσης και διανομής ισχύος όπου απαιτείται αντοχή σε υψηλή τάση.

Χαμηλή απώλεια ενέργειας: Οι Si Igbts έχουν ελάχιστη πτώση τάσης και απώλειες αγωγιμότητας κατά τη διεξαγωγή ρεύματος.Αυτή η απόδοση μεταφράζεται σε μειωμένη απώλεια ενέργειας και βελτιωμένη συνολική απόδοση του συστήματος, η οποία είναι καλή για τη διατήρηση της υψηλής απόδοσης σε εφαρμογές ευαίσθητου στην ισχύ.

• Μειονεκτήματα των Si Igbts

Επιρρεπής σε υπερθέρμανση: Σε εφαρμογές υψηλής ισχύος, όπως αυτές σε ηλεκτρικά οχήματα ή βιομηχανικά συστήματα, οι Si IGBTs μπορούν να υπερθερμανθούν.Αυτή η υπερθέρμανση μπορεί να οδηγήσει σε θερμική διαφυγή, μια κατάσταση όπου η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί περαιτέρω αυξήσεις της θερμοκρασίας, ενδεχομένως οδηγώντας σε βλάβη της συσκευής.Αυτός ο κίνδυνος θερμικών ζητημάτων δημιουργεί ανησυχία αξιοπιστίας σε καταστάσεις υψηλής ισχύος.

Πιο αργούς χρόνους απόκλισης: Σε σύγκριση με ορισμένες νεότερες συσκευές ημιαγωγών, οι Si Igbts χρειάζονται περισσότερο χρόνο για να απενεργοποιηθούν.Αυτή η πιο αργή απόκλιση μπορεί να περιορίσει την αποτελεσματικότητά τους σε εφαρμογές που χρειάζονται πολύ γρήγορη μεταγωγή, όπως μετατροπείς υψηλής συχνότητας ή προηγμένα συστήματα ελέγχου κινητήρα.Ο βραδύτερος χρόνος απόκλισης μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένες απώλειες μεταγωγής και μειωμένη συνολική αποτελεσματικότητα σε τέτοιες εφαρμογές.

SIC MOSFETS (Τρανζίστορ πεδίου πεδίου πεδίου πεδίου-φάσης σιλικόνων)

Στις εφαρμογές κίνησης κινητήρα, η επιλογή μεταξύ των διπολικών τρανζίστορ πύλης με μονωμένο πυριτίο (SI IGBTs) και των τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος πεδίου (SIC MOSFETs) επηρεάζει σημαντικά την απόδοση και την αποτελεσματικότητα του συστήματος.Η κατανόηση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων των SIC MOSFETs εξηγεί γιατί γίνονται μια δημοφιλής επιλογή σε πολλές εφαρμογές υψηλής απόδοσης παρά τις ορισμένες προκλήσεις.

• Πλεονεκτήματα των SIC MOSFET

Υψηλότερη απόδοση: Τα SIC MOSFETs έχουν χαμηλότερες απώλειες αγωγιμότητας και μεταγωγής σε σύγκριση με τα SI IGBTs.Αυτή η βελτιωμένη απόδοση μειώνει την κατανάλωση ενέργειας και ενισχύει τη συνολική απόδοση του συστήματος κίνησης κινητήρα.Οι χαμηλότερες απώλειες σημαίνουν λιγότερη ενέργεια χάνεται ως θερμότητα, οδηγώντας σε πιο αποτελεσματική χρήση ενέργειας.

Καλύτερη διαχείριση θερμότητας: Το καρβίδιο του πυριτίου διεξάγει θερμότητα καλύτερα από το πυρίτιο.Αυτό επιτρέπει στα SIC MOSFET να χειρίζονται τη θερμότητα πιο αποτελεσματικά, διατηρώντας την απόδοση και την αξιοπιστία τους ακόμη και υπό συνθήκες υψηλής ισχύος.Η καλύτερη διαχείριση της θερμότητας μειώνει την ανάγκη για εκτεταμένα συστήματα ψύξης, καθιστώντας το σχεδιασμό απλούστερο και κόστους κοπής.

Ταχύτερη εναλλαγή: Τα SIC MOSFETs μπορούν να λειτουργούν σε πολύ υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής από ό, τι οι Si Igbts.Η ταχύτερη εναλλαγή επιτρέπει τον ακριβέστερο έλεγχο του κινητήρα και μπορεί να βελτιώσει την απόδοση σε εφαρμογές που χρειάζονται γρήγορη εναλλαγή.Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στις μονάδες ηλεκτρικού οχήματος και στον βιομηχανικό έλεγχο του κινητήρα, όπου οι χρόνοι απόδοσης και γρήγορης απόκρισης είναι πολύ σημαντικοί.

Χειρισμός υψηλότερης τάσης: Τα MOSFETs μπορούν να διαχειριστούν υψηλότερες τάσεις από τις Si Igbts, καθιστώντας τα κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής τάσης.Αυτή η ανοχή υψηλότερης τάσης είναι χρήσιμη στις διεπαφές του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας και στις βιομηχανικές μονάδες υψηλής ισχύος, όπου απαιτείται ισχυρός χειρισμός τάσης.

Μικρότερο μέγεθος: Λόγω της καλύτερης απόδοσης και των ιδιοτήτων τους, τα SIC MOSFET μπορούν να γίνουν μικρότερα από τα αντίστοιχα πυριτίου τους.Αυτή η μείωση του μεγέθους είναι καλή για τη δημιουργία πιο συμπαγή και ελαφριά συστήματα, τα οποία είναι ιδιαίτερα πολύτιμα σε εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά οχήματα, όπου ο χώρος εξοικονόμησης και το βάρος είναι πολύ σημαντικό.

• Μειονεκτήματα των sic mosfets

Υψηλότερο κόστος: Η δημιουργία των sic mosfets είναι πιο περίπλοκη και δαπανηρή από την παραγωγή των Si Igbts.Αυτό το υψηλότερο κόστος παραγωγής οδηγεί σε υψηλότερη τιμή αγοράς, η οποία μπορεί να αποτελέσει εμπόδιο, ειδικά σε εφαρμογές ευαίσθητων στο κόστος.Ωστόσο, καθώς βελτιώνεται η κατασκευή και παράγονται μεγαλύτερες ποσότητες, τα έξοδα αυτά μειώνονται σταδιακά.

Περιορισμένη χρήση της αγοράς: Ως νεότερη τεχνολογία, οι SIC MOSFETs δεν έχουν ακόμη υιοθετηθεί τόσο ευρέως όσο οι Si Igbts.Αυτή η περιορισμένη χρήση μπορεί να οδηγήσει σε λιγότερα διαθέσιμα εξαρτήματα και λιγότερη υποστήριξη, καθιστώντας πιο δύσκολο για τους μηχανικούς να βρουν εξαρτήματα και να λάβουν τεχνική βοήθεια.Με την πάροδο του χρόνου, καθώς η τεχνολογία SIC γίνεται πιο συνηθισμένη, αυτός ο περιορισμός αναμένεται να μειωθεί.

Σύνθετες ανάγκες κίνησης: Τα SIC MOSFETs χρειάζονται συχνά πιο προηγμένα κυκλώματα κίνησης σε σύγκριση με τα Si Igbts.Η πολυπλοκότητα αυτού του κυκλώματος κίνησης μπορεί να περιπλέξει το συνολικό σχεδιασμό του συστήματος και ενδεχομένως να αυξήσει το κόστος ανάπτυξης.Οι μηχανικοί πρέπει να σχεδιάσουν προσεκτικά και να εφαρμόζουν αυτά τα κυκλώματα για να επωφεληθούν πλήρως από την τεχνολογία SIC.

Βελτιωμένη τεχνολογία μετατροπέα με SIC MOSFET

Εικόνα 3: Σύγκριση του διαλύματος Si Cabinet Si vs. SIC για μετατροπείς κινητήρα κινητήρα

Τα MOSFETs Carbide του πυριτίου (SIC MOSFETs) έχουν βελτιώσει σημαντικά την τεχνολογία του μετατροπέα σε συστήματα κίνησης αυτοκινήτων, προσφέροντας πολλά οφέλη έναντι των διπολικών τρανζίστορ πύλης (SI IGBTs).Τα SIC MOSFETs μπορούν να λειτουργήσουν σε πολύ υψηλότερες ταχύτητες μεταγωγής λόγω των χαμηλότερων απώλειων μεταγωγής τους, επιτρέποντας τον ακριβέστερο έλεγχο της ταχύτητας και της ροπής του κινητήρα.Επίσης, χειρίζονται τη θερμότητα καλύτερα, πράγμα που σημαίνει ότι απαλλάσσονται από τη θερμότητα πιο αποτελεσματικά και μειώνουν την ανάγκη για μεγάλα συστήματα ψύξης.Αυτό οδηγεί σε μικρότερα και ελαφρύτερα σχέδια μετατροπέα, το οποίο είναι ιδιαίτερα καλό για τα ηλεκτρικά οχήματα.

Τα SIC MOSFETs μπορούν επίσης να λειτουργήσουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες, αυξάνοντας την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής των συστημάτων κίνησης κινητήρα σε δύσκολες συνθήκες.Ενώ οι SI IGBTs μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν σε φθηνότερες εφαρμογές ή όπου οι υψηλές ταχύτητες μεταγωγής και η διαχείριση της θερμότητας είναι λιγότερο ανησυχητικές, η αποτελεσματικότητα, ο καλύτερος χειρισμός θερμότητας και η υψηλότερη απόδοση των SIC MOSFET τους καθιστούν ιδανικές για υψηλής απόδοσης και αξιόπιστες εφαρμογές κινητήρα κινητήρα,συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών οχημάτων και του βιομηχανικού αυτοματισμού.

Κύριες διαφορές μεταξύ IGBTs και MOSFET

Παράμετρος	IgBT	Μοσχάρι
Φάσμα τάσης	600V έως 6500V (κοινές εφαρμογές υψηλής τάσης)	20V έως 1000V (κοινές εφαρμογές χαμηλής έως μέσης τάσης)
Τυπικές εφαρμογές	Υψηλή τάση, εφαρμογές υψηλού ρεύματος, π.χ. δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, βιομηχανικά κινητήρες και μετατροπείς	Εφαρμογές χαμηλής έως μέσης τάσης, π.χ. τροφοδοτικά, ήχος ενισχυτές και ελεγκτές κινητήρα
Στην πτώση τάσης σε κατάσταση (vCE ή VDS·	Υψηλότερη πτώση τάσης, συνήθως 2V έως 4V	Χαμηλότερη πτώση τάσης, τυπικά 0,1V έως 1V
Ταχύτητα μεταγωγής	Βραδύτερη ταχύτητα μεταγωγής (πιο κατάλληλη για χαμηλότερη συχνότητα εφαρμογές)	Ταχύτερη ταχύτητα μεταγωγής (πιο κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής συχνότητας)
Ζημίες αγωγιμότητας	Υψηλότερη λόγω της διπολικής φύσης και της υψηλότερης πτώσης τάσης	Χαμηλότερη λόγω της μονοπολικής φύσης και της πτώσης χαμηλότερης τάσης
Απώλειες μεταγωγής	Υψηλότερη λόγω της βραδύτερης ταχύτητας μεταγωγής	Χαμηλότερη λόγω της ταχύτερης ταχύτητας μεταγωγής
Θερμική σταθερότητα	Καλύτερη θερμική απόδοση σε υψηλότερα επίπεδα ισχύος	Περιορισμένη θερμική απόδοση σε σύγκριση με το IGBTS
Πολυπλοκότητα ελέγχου	Ευκολότερες απαιτήσεις κίνησης πύλης, τυπικά ελεγχόμενη με τάση	Απαιτεί πιο σύνθετα κυκλώματα κίνησης πύλης, συνήθως ελεγχόμενος με ρεύμα
Τραχύτητα	Γενικά καλύτερη δυνατότητα αντοχής βραχυκυκλώματος	Συνήθως χαμηλότερη ικανότητα αντοχής βραχυκυκλώματος
Κόστος	Γενικά υψηλότερα για ισοδύναμες βαθμολογίες τάσης	Γενικά χαμηλότερες για ισοδύναμες βαθμολογίες τάσης

Τύπος συσκευής

Εικόνα 4: Τύπος συσκευής - Σύγκριση συμβόλων MOSFET και IGBT

Τα IGBTs (διπολικά τρανζίστορ πύλης) είναι ένα μείγμα MOSFETs (τρανζίστορ πεδίου-επίδρασης πεδίου-φάσης μεταλλικού οξειδίου) και διπολικά τρανζίστορ.Έχουν μια πύλη ελεγχόμενη με τάση όπως τα MOSFETs, η οποία κάνει εύκολη την αλλαγή.Έχουν επίσης τη διπολική ικανότητα μεταφοράς ρεύματος, επιτρέποντάς τους να χειρίζονται υψηλά επίπεδα ισχύος.Τα MOSFETs, αντίθετα, είναι μόνο τρανζίστορ ελεγχόμενα με τάση.Η ροή του ρεύματος μεταξύ των ακροδεκτών πηγής και αποστράγγισης ελέγχεται από την τάση που εφαρμόζεται στην πύλη.

Βαθμολογία τάσης

Εικόνα 5: Τάση αποστράγγισης/συλλέκτη Vs.Τρέχουσα για το MOSFET και το IGBT

Για την βαθμολογία τάσης, οι IGBTs είναι καλύτερες για χρήσεις υψηλής τάσης, που κυμαίνονται από εκατοντάδες έως χιλιάδες βολτ.Αυτό τους καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ισχύος όπως κινητικές μονάδες και μετατροπείς ισχύος.Τα MOSFET χρησιμοποιούνται συνήθως σε εφαρμογές χαμηλότερης έως μέσης τάσης, που κυμαίνονται από δεκάδες έως εκατοντάδες βολτ, τα οποία είναι κοινά σε ηλεκτρονικά κυκλώματα μεταγωγής και ρυθμιστές τάσης.

Τρέχων χειρισμός

Εικόνα 6: Χαρακτηριστικά VD-ID στους 25 ° C και 150 ° C για MOSFET και IGBT

Από την άποψη του τρέχοντος χειρισμού, οι IGBTs είναι ιδανικές για εφαρμογές υψηλού τρέχοντος λόγω της διπολικής ικανότητας μεταφοράς ρεύματος τους.Αυτό τα καθιστά χρήσιμα σε ρυθμίσεις υψηλής ισχύος.Ωστόσο, τα MOSFETs χρησιμοποιούνται συνήθως για χαμηλότερες έως μέτριες εφαρμογές ρεύματος, όπου απαιτούνται υψηλή απόδοση και γρήγορη μεταγωγή.

Ταχύτητα μεταγωγής

Η ταχύτητα μεταγωγής είναι μια άλλη μεγάλη διαφορά.Το IGBTS διακόπτεται πιο αργά από τα MOSFETs, το οποίο είναι καλό για εφαρμογές όπου δεν απαιτείται γρήγορη αλλαγή.Από την άλλη πλευρά, τα MOSFETs κατασκευάζονται για χρήση υψηλής συχνότητας, προσφέροντας ταχύτερες ταχύτητες μεταγωγής.Αυτό τα καθιστά κατάλληλα για εφαρμογές όπως τροφοδοτικά και μετατροπείς που χρειάζονται γρήγορη και αποτελεσματική εναλλαγή.

Αποδοτικότητα

Η απόδοση ποικίλλει μεταξύ IGBTS και MOSFET με βάση τα επίπεδα τάσης και ρεύματος.Τα IGBTs έχουν χαμηλότερες απώλειες αγωγιμότητας σε υψηλές τάσεις και ρεύματα, καθιστώντας τα πιο αποτελεσματικά σε εφαρμογές υψηλής ισχύος.Ωστόσο, τα MOSFETs είναι πιο αποτελεσματικά σε χαμηλές τάσεις και ρεύματα λόγω των χαμηλών δυνατοτήτων τους σε αντοχή και γρήγορη μεταγωγή.

Αιτήσεις

Εικόνα 7: MOSFET Basic Struction Vs.Βασική δομή IGBT

Οι χρήσεις αυτών των συσκευών αντικατοπτρίζουν τα δυνατά τους.Τα IGBTs χρησιμοποιούνται συνήθως σε καταστάσεις υψηλής ισχύος, όπως κινητικές μονάδες, μετατροπείς ισχύος και συστήματα θέρμανσης επαγωγής λόγω της ικανότητάς τους να χειρίζονται υψηλή τάση και ρεύμα.Τα MOSFET είναι καλύτερα για εφαρμογές που δίνουν προτεραιότητα στη γρήγορη μεταγωγή και απόδοση σε χαμηλότερα επίπεδα ισχύος, όπως τα κυκλώματα ηλεκτρονικών μεταγωγής και οι ρυθμιστές τάσης.

Απαιτήσεις μονάδας δίσκου πύλης

Τέλος, οι απαιτήσεις μονάδας δίσκου πύλης διαφέρουν μεταξύ IGBTs και MOSFETs.Τα IGBTs χρειάζονται θετική τάση στην πύλη σε σχέση με τον πομπό για να ενεργοποιηθούν και να σβήσουν μειώνοντας την τάση της πύλης.Οι MOSFET, ωστόσο, χρειάζονται μια θετική τάση στην πύλη σε σχέση με την πηγή τόσο για να ενεργοποιηθούν όσο και να απενεργοποιηθούν, καθιστώντας την πύλη τους απλούστερη και πιο απλή.

Σύναψη

Τόσο τα SI IGBTs όσο και τα SIC MOSFETs έχουν μοναδικά πλεονεκτήματα που ταιριάζουν σε διαφορετικές εφαρμογές υψηλής ισχύος.Τα Si Igbts είναι εξαιρετικά στο χειρισμό μεγάλων ρευμάτων και υψηλών τάσεων και είναι φθηνότερα για την παραγωγή τους, καθιστώντας τα αξιόπιστα για παραδοσιακές χρήσεις όπως οι βιομηχανικοί κινητήρες και τα ηλεκτρικά δίκτυα.Ωστόσο, μπορούν να υπερθερμανθούν και να αλλάξουν πιο αργά, κάτι που μπορεί να είναι ένα πρόβλημα σε υψηλής ταχύτητας ή πολύ καυτά περιβάλλοντα.

Από την άλλη πλευρά, τα SIC MOSFET χειρίζονται τη θερμότητα καλύτερα, αλλάζουν γρηγορότερα και είναι πιο αποτελεσματικά, καθιστώντας τα αγαπημένα τους για σύγχρονες χρήσεις, όπως ηλεκτρικά αυτοκίνητα και βιομηχανικά συστήματα υψηλής απόδοσης.Αν και κοστίζουν περισσότερο στην αρχή και χρειάζονται πιο σύνθετα κυκλώματα κίνησης, οι συνεχιζόμενες βελτιώσεις στην τεχνολογία SIC μειώνουν αυτά τα ζητήματα, οδηγώντας σε ευρύτερη χρήση.

Η επιλογή μεταξύ SI IGBTs και SIC MOSFETs εξαρτάται από τις συγκεκριμένες ανάγκες της εφαρμογής, όπως η τάση και τα επίπεδα ρεύματος, η ταχύτητα μεταγωγής και η διαχείριση της θερμότητας.Χρησιμοποιώντας τα πλεονεκτήματα κάθε συσκευής, οι μηχανικοί μπορούν να σχεδιάσουν και να δημιουργήσουν καλύτερα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος, να οδηγούν βελτιώσεις και αποτελεσματικότητα σε διάφορους τομείς τεχνολογίας.

Συχνές ερωτήσεις [FAQ]

1. Ποιο είναι το καλύτερο IGBT ή MOSFET;

Η επιλογή μεταξύ IGBT και MOSFET εξαρτάται από το τι το χρειάζεστε.Τα MOSFETs είναι γενικά καλύτερα για εργασίες χαμηλής έως μεσαίας ισχύος που χρειάζονται γρήγορες ταχύτητες μεταγωγής και καλή διαχείριση θερμότητας.Είναι καλά για πράγματα όπως τροφοδοτικά και ελεγκτές κινητήρα.Οι IGBTs, από την άλλη πλευρά, είναι καλύτεροι για εργασίες υψηλής ισχύος επειδή μπορούν να χειριστούν μεγαλύτερα ρεύματα και υψηλότερες τάσεις, καθιστώντας τα ιδανικά για βιομηχανικούς κινητήρες και μετατροπείς ισχύος.

2. Μπορεί το IGBT να αντικαταστήσει το MOSFET;

Μερικές φορές, οι IGBTs μπορούν να αντικαταστήσουν τα MOSFET, ειδικά σε εργασίες υψηλής ισχύος όπου είναι πολύ απαραίτητο να χειρίζεται μεγάλα ρεύματα και τάσεις.Ωστόσο, επειδή το IGBTS διακόπτεται πιο αργά και χειρίζεται τη θερμότητα διαφορετικά, μπορεί να μην είναι καλό για εργασίες που χρειάζονται πολύ γρήγορη αλλαγή και απώλεια χαμηλής ισχύος, όπου τα MOSFET είναι καλύτερα.

3. Πώς μπορώ να ξέρω αν έχω IGBT ή MOSFET;

Για να μάθετε αν έχετε IGBT ή MOSFET, ελέγξτε τον αριθμό μέρους και τις λεπτομέρειες από τον κατασκευαστή.Τα φύλλα δεδομένων θα σας ενημερώσουν εάν η συσκευή είναι IGBT ή MOSFET.Μπορεί να φαίνονται όμοια, οπότε πρέπει να ελέγξετε την τεκμηρίωση ή τις σημάνσεις στο στοιχείο.

4. Ποια είναι η ταχύτερη συσκευή μεταγωγής IGBT ή MOSFET;

Τα MOSFETs είναι γενικά οι ταχύτερες συσκευές μεταγωγής σε σύγκριση με το IGBTS.Μπορούν να μεταβούν σε πολύ υψηλότερες ταχύτητες, γεγονός που τους καθιστά κατάλληλους για εργασίες που χρειάζονται γρήγορη αλλαγή, όπως σε τροφοδοτικά και μετατροπείς υψηλής συχνότητας.

5. Πώς μπορώ να ξέρω αν έχω IGBT ή MOSFET;

Μπορείτε να μάθετε αν έχετε ένα IGBT ή MOSFET εξετάζοντας τα σημάδια του στοιχείου και συγκρίνοντάς τα με τα φύλλα δεδομένων ή τα στοιχεία του κατασκευαστή.Αυτά τα έγγραφα παρέχουν λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τον τύπο της συσκευής ημιαγωγών, συμπεριλαμβανομένου του εάν πρόκειται για IGBT ή MOSFET.