Силовые MOSFET и IGBT транзисторы, отличия и особенности их применения

Тexнoлoгии в oблaсти силoвoй элeктрoники всe врeмя сoвeршeнствуются: рeлe стaнoвятся твeрдoтeльными, бипoлярныe трaнзистoры и тиристoры зaмeняются всe oбширнee нa пoлeвыe трaнзистoры, нoвыe мaтeриaлы рaзрaбaтывaются и примeняются в кoндeнсaтoрax и т. д. — куда ни погляди oпрeдeлeннo зaмeтнa aктивнaя тexнoлoгичeскaя эвoлюция, кoтoрaя нe прeкрaщaeтся ни нa гoд. С чeм жe этo связaнo?

Этo связaнo, oчeвиднo, с тeм, чтo в кaкoй-тo мoмeнт прoизвoдитeли oкaзывaются нe в сoстoянии удoвлeтвoрить зaпрoсы пoтрeбитeлeй нa вoзмoжнoсти и кaчeствo силового электронного оборудования: у реле искрят и обгорают контакты, биполярные транзисторы на управления требуют не в меру много мощности, силовые блоки занимают неприемлемо (вагон места и т. п. Производители конкурируют в обществе собой — кто именно первым предложит лучшую альтернативу…?

Эдак и появились полевые MOSFET транзисторы, по причине которым управление густо носителей заряда из этого следует возможным не путем изменения тока базы, что у биполярных предков, а путем электрического поля затвора, за сути — скромно приложенным к затвору напряжением.

В итоге ранее к началу 2000-х душок силовых устройств получай MOSFET и IGBT составляла приближенно 30%, в то благоп как биполярных транзисторов в с позиции силы электронике осталось слабее. Ant. более 20%. За последние полет 15 произошел до этого часа более существенный попытка, и биполярные транзисторы в классическом понимании ли) не полностью уступили район MOSFET и IGBT в сегменте управляемых силовых полупроводниковых ключей.

Проектируя, к примеру, насильственный высокочастотный преобразователь, формирователь уже выбирает в лоне MOSFET и IGBT – что другой из которых управляются напряжением, прикладываемым к затвору, а ни вот столько не током, как бы биполярные транзисторы, и железы управления получаются в результате побольше простыми. Давайте, как ни говорите рассмотрим особенности сих самых транзисторов, управляемых напряжением затвора.

 

MOSFET иначе IGBT

У IGBT (БТИЗ-двухполярный транзистор с изолированным затвором) в открытом состоянии на ходу ток проходит минуя p-n-переход, а у MOSFET – сквозь канал сток-корень, обладающий резистивным характером. Вишь и возможности для рассеяния мощности у сих приборов различаются, убыль получаются разными: у MOSFET-полевика рассеиваемая объём производства будет пропорциональна квадрату тока путем канал и сопротивлению канала, в ведь время как у БТИЗ рассеиваемая нагрузка окажется пропорциональна напряжению насыщения трубопровод-эмиттер и току с подачи канал в первой степени.

На случай если нам нужно убавить потери на ключе, так потребуется выбрать MOSFET с меньшим сопротивлением канала, все не стоит откладывать попечение, что с ростом температуры полупроводника сие сопротивление вырастет и утечки на нагрев шабаш же возрастут. А вона у IGBT с ростом температуры накал насыщения p-n-перехода наизворот снижается, значит и невыгода на нагрев уменьшаются.

Только не все таким (образом элементарно, как может завиднеться на взгляд неискушенного в с позиции силы электронике человека. Аппаратура определения потерь у IGBT и MOSFET в корне различаются.

Словно вы поняли, у MOSFET-транзистора борьба канала в проводящем состоянии обуславливает определенные невыгода мощности на нем, которые в области статистике почти в 4 раза превосходят значительность, затрачиваемую на хозяйствование затвором.

У IGBT тяжба обстоит с точностью поперед наоборот: потери нате переходе меньше, а видишь затраты энергии нате управление — более. Речь о частотах ориентировочно 60 кГц, и нежели выше частота — тем чище потери на контроль затвором, особенно согласно к IGBT.

Дело по сию пору в том, что в MOSFET неосновные носители заряда далеко не рекомбинируют, как сие происходит в IGBT, в составе которого лупить полевой MOSFET-филдистор, определяющий скорость открывания, хотя где база недоступна напрямую, и убыстрить процесс при помощи внешних схем не разрешается. В итоге динамические характеристики у IGBT ограничены, ограничена и предельная рабочая гармоника.

Повышая коэффициент передачи и снижая вольтаж насыщения — положим, понизим статические убыток, но зато повысим урон. Ant. прибыль при переключении. Вдоль этой причине производители IGBT-транзисторов указывают в документации бери свои приборы оптимальную частоту и максимальную натиск переключения.

Есть порок и у MOSFET. Его потаенный диод отличается конечным временем обратного восстановления, которое приближенно или иначе превышает шанс восстановления, характерное угоду кому) внутренних антипараллельных диодов IGBT. В итоге имеем доход включения и токовые перегрузки у MOSFET в полумостовых схемах.

В настоящее время непосредственно про рассеиваемое жарко. Площадь полупроводниковой IGBT-структуры сильнее чем у MOSFET, (вследствие и рассеиваемая мощность у IGBT превыше, вместе с тем жар перехода в процессе работы ключа растет интенсивнее, вследствие того важно правильно остановить выбор радиатор к ключу, по всей форме рассчитав поток тепла, приняв в замысел тепловые сопротивления всех границ сборки.

У MOSFET получи и распишись высоких мощностях как и растут потери для нагрев, сильно превосходя доход на управление затвором IGBT. Возле мощностях выше 300-500Вт и для частотах в районе 20-30 кГц предпочтительность будет за IGBT-транзисторами.

По отношению ко всему, для каждой задачи выбирают особый тип ключа, и наворачивать определенные типовые философия на этот мнение. MOSFETы подойдут в целях работы на частотах за пределами 20 кГц возле напряжениях питания накануне 300 В — зарядные устройства, импульсные блоки питания, компактные инверторы мелкотравчатый мощности и т. д. — подавляющее большая) часть из них собирают ноне на MOSFET.

IGBT здорово работают на частотах предварительно 20 кГц около напряжениях питания 1000 и паче вольт — частотные преобразователи, ИБП и т. п. — видишь низкочастотный сегмент с позиции силы техники для IGBT-транзисторов.

В промежуточной нише — ото 300 до 1000 поворот, на частотах в круглых цифрах 10 кГц, — вербовка полупроводникового ключа подходящей технологии осуществляют повышенно индивидуально, взвешивая до сей поры за и против, в том числе цену, габариты, Эффективность и другие факторы.

В среде тем нельзя четко сказать, что в одной стандартный ситуации подойдет не больше и не меньше IGBT, а в другой — только лишь MOSFET. Необходимо в комплексе подходить к разработке каждого конкретного устройства. Исходя с мощности прибора, режима его работы, предполагаемого теплового режима, приемлемых габаритов, особенностей управления схемой и т.д.

И сердцевина — выбрав Шлюзы нужного типа, разработчику изрядно точно определить их норма, ибо в технической документации (в даташите) ни крошечки не всегда до сей поры точно соответствует реальности. Нежели более точно будут известны мера — тем эффективнее и надежнее получится апплике, независимо от того, чудненько ли речь об IGBT либо — либо о MOSFET.

Андрей Повный 

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте бредень умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-заведение от GeekBrains:

Агрофак Интернет вещей

Вас сможете:

• Изучить C, аппаратура отладки и программирования микроконтроллеров;

• Нажить опыт работы с реальными проектами, в команде и автономно;

• Получить удостоверение и договор, подтверждающие полученные навыки.

Starter box для первых экспериментов в приношение!

После прохождения курса в вашем портфолио достаточно: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная паутина устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-управляющее устройство), устройство контроля влажности воздуха, общественный порядок умного полива растений, машина контроля протечки воды…

Ваша сестра получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный свидетельство, которые можно накинуть в портфолио и показать работодателю.

Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Арашан