kategorier: Udvalgte artikler » Praktisk elektronik
Antal visninger: 45548
Kommentarer til artiklen: 7
Power MOSFET og IGBT transistorer, forskelle og funktioner i deres anvendelse
Teknologier inden for magtelektronik forbedres konstant: relæer bliver fast tilstand, bipolære transistorer og tyristorer erstattes mere og mere omfattende med felteffekttransistorer, nye materialer udvikles og anvendes i kondensatorer osv. - Aktiv teknologisk udvikling er tydelig synlig overalt, hvilket ikke stopper i et år. Hvad er grunden til dette?
Dette skyldes åbenlyst, at fabrikanterne på et tidspunkt ikke er i stand til at tilfredsstille forbrugernes krav til kapacitet og kvalitet af elektrisk elektronisk udstyr: relæet gnister og brænder kontakter, bipolære transistorer kræver for meget strøm til at kontrollere, kraftenheder er uacceptabelt meget plads osv. Producenter konkurrerer indbyrdes - hvem vil være de første til at tilbyde det bedste alternativ ...?
Så felt MOSFET-transistorer dukkede op, takket være hvilken kontrol af strømmen af ladningsbærere blev mulig ikke ved at ændre basisstrømmen, som i bipolare forfædreog ved hjælp af det elektriske felt i lukkeren, faktisk - simpelthen ved at påføre spænding på skodden.
Som et resultat var begyndelsen af 2000'erne andelen af strømapparater på MOSFET og IGBT ca. 30%, mens bipolære transistorer i magtelektronik forblev mindre end 20%. I de sidste 15 år har der været et endnu større gennembrud, og klassiske bipolære transistorer næsten fuldstændigt gav plads for MOSFET og IGBT inden for segmentet af kontrollerede kraft halvlederledninger.
Design f.eks. højfrekvens effektkonverter, vælger udvikleren allerede mellem MOSFET og IGBT - som begge styres af spændingen, der tilføres porten, og ikke af strømmen, som bipolære transistorer, og styrekredsløbene er enklere som et resultat. Lad os dog overveje funktionerne i disse meget transistorer, der styres af portspændingen.
MOSFET eller IGBT
I IGBT (IGBT bipolær transistor med isoleret port) i åben tilstand, passerer driftsstrømmen gennem p-n-krydset og i MOSFET - gennem dræningskildekanalen, som har en modstandsdygtig karakter. Her er mulighederne for spredning af effekt forskellige for disse enheder, tabene er forskellige: for en MOSFET-feltindretning vil den spredte effekt være proportional med kvadratet på strømmen gennem kanalen og kanalmodstanden, mens for den IGBT vil den dissipierede effekt være proportional med mængderens spænding og solstrømmen gennem kanalen i første grad.
Hvis vi er nødt til at reducere nøgletab, bliver vi nødt til at vælge en MOSFET med en lavere kanalmodstand, men glem ikke, at med stigende halvledertemperatur vil denne modstand stige, og varmetabene stadig øges. Men med IGBT, med stigende temperatur, formindskes tværtimod mætningspændingen i pn-krydset, hvilket betyder, at varmetabet falder.
Men ikke alt er så elementært, som det kan se ud for en person, der er uerfaren med magtelektronik. Mekanismerne til bestemmelse af tab i IGBT og MOSFET er grundlæggende forskellige.
Som du forstår, forårsager kanalmodstand i en ledende tilstand i en MOSFET-transistor visse effekttab på den, som ifølge statistikker næsten er 4 gange højere end den strøm, der bruges til portkontrol.
Med IGBT er situationen nøjagtig det modsatte: tab ved overgangen er mindre, men energiomkostningerne til styring er større. Vi taler om frekvenser i størrelsesordenen 60 kHz, og jo højere frekvensen er, jo større er tabet af portkontrol, især med hensyn til IGBT.
Sagen er, at i MOSFET rekombineres ikke minoritetsbærere, som det er tilfældet i IGBT, som inkluderer en MOSFET-felteffekttransistor, der bestemmer åbningshastigheden, men hvor basen ikke er direkte tilgængelig, og det er umuligt at fremskynde processen ved hjælp af eksterne kredsløb.Som et resultat er IGBT's dynamiske egenskaber begrænset, og den maksimale driftsfrekvens er begrænset.
Ved at øge transmissionskoefficienten og sænke mætningspændingen, lad os sige, at vi sænker de statiske tab, men så øger vi tabene under skift. Af denne grund angiver producenter af IGBT'er i dokumentationen til deres enheder den optimale frekvens og den maksimale skiftehastighed.
Der er en ulempe med MOSFET. Dets interne diode er kendetegnet ved en begrænset omvendt gendannelsestid, der på en eller anden måde overskrider den gendannelsestid, der er karakteristisk for interne anti-parallelle IGBT-dioder. Som et resultat har vi skiftetab og aktuelle overbelastning af MOSFET i halvbro-kredsløb.
Nu direkte om den spredte varme. Området med halvleder IGBT-strukturen er større end MOSFET-området, derfor er den spredte effekt af IGBT større, men overgangstemperaturen stiger mere intensivt under betjening af nøglen, derfor er det vigtigt at vælge radiatoren til nøglen korrekt, korrekt beregne varmefluxen under hensyntagen til den termiske modstand i alle grænser samling.
MOSFET'er har også højere varmetab ved høj effekt, langt overstiger IGBT-skodetabet. Med kapaciteter over 300-500W og ved frekvenser i området 20-30 kHz vil IGBT-transistorer sejre.
Generelt vælger de for hver opgave deres egen type nøgle, og der er visse typiske synspunkter på dette aspekt. MOSFET'er er velegnede til drift ved frekvenser over 20 kHz med forsyningsspændinger op til 300 V - Opladere, skifte strømforsyning, kompakte invertere med lav effekt osv. - langt de fleste af dem er samlet i dag på MOSFET.
IGBT'er fungerer godt ved frekvenser op til 20 kHz med forsyningsspændinger på 1000 volt eller mere - frekvensomformere, UPS'er osv. - dette er det lavfrekvente segment af kraftudstyr til IGBT-transistorer.
I den mellemliggende niche - fra 300 til 1000 volt, ved frekvenser i størrelsesordenen 10 kHz - udføres valg af en halvlederafbryder med den passende teknologi udelukkende individuelt, idet den tynger fordele og ulemper, inklusive pris, dimensioner, effektivitet og andre faktorer.
I mellemtiden er det umuligt at sige utvetydigt, at I en typisk situation er IGBT egnet, og i den anden - kun MOSFET. Det er nødvendigt at gå indgående i udviklingen af hvert specifikt udstyr. Baseret på enhedens magt, dens driftsmåde, det estimerede termiske regime, acceptable dimensioner, funktioner i styringskredsløbet osv.
Og vigtigst af alt - efter at have valgt nøglerne af den ønskede type, er det vigtigt for udvikleren at bestemme deres parametre nøjagtigt, fordi i den tekniske dokumentation (i databladet) er ikke alt altid nøjagtigt sandt. Jo mere nøjagtigt parametrene er kendt, desto mere effektivt og pålideligt vil produktet vise sig, uanset om det er IGBT eller MOSFET.
Se også:Bipolære og felteffekttransistorer - hvad er forskellen
Se også på elektrohomepro.com
: