Rozdiel medzi IGBT a MOSFET

Bipolárne tranzistory boli jediným skutočným výkonovým tranzistorom, kým sa začiatkom sedemdesiatych rokov neobjavili veľmi účinné MOSFETy. BJT prešli od svojho vzniku na konci roku 1947 zásadnými vylepšeniami svojho elektrického výkonu a stále sa široko používajú v elektronických obvodoch. Bipolárne tranzistory majú relatívne pomalé vypínacie charakteristiky a vykazujú negatívny teplotný koeficient, ktorý môže viesť k sekundárnemu rozpadu. MOSFETy sú však zariadenia, ktoré sú riadené skôr napätím než prúdom. Majú kladný teplotný koeficient odporu, ktorý zastavuje tepelný útlm a v dôsledku toho nedochádza k sekundárnemu rozpadu. Koncom osemdesiatych rokov potom prišli na rad IGBT. IGBT je v zásade krížom medzi bipolárnymi tranzistormi a MOSFET a je tiež riadený napätím ako MOSFET. Tento článok poukazuje na niektoré kľúčové body pri porovnaní týchto dvoch zariadení.

Čo je to MOSFET?

MOSFET, skratka pre „tranzistor s efektom poľa s polovodičovým kovovým oxidom“, je špeciálny typ tranzistora s efektom poľa, ktorý sa vďaka sofistikovanej štruktúre a vysokej vstupnej impedancii bežne používa vo veľmi rozsiahlych integrovaných obvodoch. Je to polovodičové zariadenie so štyrmi terminálmi, ktoré riadi analógové aj digitálne signály. Brána sa nachádza medzi zdrojom a odtokom a je izolovaná tenkou vrstvou oxidu kovu, ktorý bráni prúdeniu prúdu medzi bránou a kanálom. Technológia sa teraz používa vo všetkých druhoch polovodičových zariadení na zosilnenie slabých signálov.

Čo je to IGBT?

IGBT, skratka pre „bipolárny tranzistor s izolovanou bránou“, je trojvodičové polovodičové zariadenie, ktoré kombinuje schopnosť bipolárneho tranzistora prenášať prúd s ľahkým ovládaním obvodu MOSFET. Jedná sa o relatívne nové zariadenie vo výkonovej elektronike, ktoré sa zvyčajne používa ako elektronický spínač v širokej škále aplikácií, od aplikácií so stredným až po veľmi vysoký výkon, ako sú napájacie zdroje s prepínaným režimom (SMPS). Jeho štruktúra je takmer identická so štruktúrou MOSFET, okrem dodatočného substrátu ap pod n substrátom.

Rozdiel medzi IGBT a MOSFET

  1. Základy IGBT a MOSFET

IGBT je skratka pre bipolárny tranzistor s izolovanou bránou, zatiaľ čo MOSFET je skratka pre tranzistor s efektom poľa s polovodičovým efektom na báze oxidu kovu. Napriek tomu, že obidva sú napäťovo riadené polovodičové zariadenia, ktoré najlepšie fungujú v aplikáciách napájania prepínaným režimom (SMPS), IGBT kombinujú schopnosť bipolárnych tranzistorov spracovávať vysoký prúd a ľahké ovládanie MOSFETov. IGBT sú strážcovia prúdu, ktorí kombinujú výhody BJT a MOSFET na použitie v obvodoch napájania a riadenia motora. MOSFET je špeciálny typ tranzistora s efektom poľa, v ktorom aplikované napätie určuje vodivosť zariadenia.

  1. Princíp činnosti IGBT a MOSFET

IGBT je v zásade zariadenie MOSFET, ktoré riadi výkonový tranzistor bipolárnej križovatky s oboma tranzistormi integrovanými na jednom kuse kremíka, zatiaľ čo MOSFET je najbežnejšou izolovanou bránou FET, ktorá sa najčastejšie vyrába riadenou oxidáciou kremíka. MOSFET vo všeobecnosti funguje tak, že elektronicky mení šírku kanála podľa napätia na elektróde nazývanej brána, ktorá sa nachádza medzi zdrojom a odtokom a je izolovaná tenkou vrstvou oxidu kremičitého. MOSFET môže fungovať dvoma spôsobmi: režim vyčerpania a režim vylepšenia.

  1. Vstupná impedancia IGBT a MOSFET

IGBT je napäťovo riadené bipolárne zariadenie s vysokou vstupnou impedanciou a veľkou schopnosťou bipolárneho tranzistora spracovávať prúd. Môžu byť ľahko ovládateľné v porovnaní so zariadeniami riadenými prúdom vo vysokoprúdových aplikáciách. MOSFETy nevyžadujú takmer žiadny vstupný prúd na ovládanie zaťažovacieho prúdu, čo ich robí odolnejšími na koncovom zariadení brány, a to vďaka izolačnej vrstve medzi bránou a kanálom. Vrstva je vyrobená z oxidu kremičitého, ktorý je jedným z najlepších použitých izolátorov. Účinne blokuje aplikované napätie s výnimkou malého zvodového prúdu.

  1. Odolnosť voči poškodeniu

MOSFETy sú náchylnejšie na elektrostatický výboj (ESD), pretože vysoká vstupná impedancia technológie MOS v MOSFET neumožní, aby sa náboj rozptýlil kontrolovanejším spôsobom. Dodatočný izolátor oxidu kremičitého znižuje kapacitu brány, čo ju robí zraniteľnou voči špičkám vysokého napätia, ktoré nevyhnutne poškodzujú vnútorné komponenty. MOSFETy sú veľmi citlivé na ESD. IGBT tretej generácie kombinuje charakteristiky napäťového pohonu MOSFET-u s bipolárnym tranzistorom s nízkym odporovým odporom, vďaka čomu sú extrémne odolné voči preťaženiu a špičkám napätia.

  1. Aplikácie IGBT a MOSFET

Zariadenia MOSFET sa široko používajú na prepínanie a zosilňovanie elektronických signálov v elektronických zariadeniach, typicky pre aplikácie s vysokým hlukom. MOSFET sa najčastejšie používa v napájacích zdrojoch s prepínaním a navyše ich možno použiť v zosilňovačoch triedy D. Jedná sa o najbežnejší tranzistor s efektom poľa a môžu byť použité v analógových aj digitálnych obvodoch. IGBT sa naopak používajú v aplikáciách so stredným až ultravysokým výkonom, ako je napájanie spínaným režimom, indukčný ohrev a ovládanie trakčného motora. Používa sa ako životne dôležitá súčasť v moderných spotrebičoch, ako sú elektrické autá, predradníky žiaroviek a VFD (frekvenčné meniče).

IGBT vs. MOSFET: graf porovnania

Zhrnutie IGBT vs. MOSFET

Aj keď IGBT aj MOSFET sú napäťovo riadené polovodičové zariadenia používané hlavne na zosilnenie slabých signálov, IGBT kombinujú schopnosť nízkeho odporu bipolárneho tranzistora s charakteristikou napäťového pohonu MOSFET. S rastúcim výberom možností medzi týmito dvoma zariadeniami je stále ťažšie vybrať najlepšie zariadenie iba na základe ich aplikácií. MOSFET je polovodičové zariadenie so štyrmi terminálmi, zatiaľ čo IGBT je zariadenie s tromi terminálmi, ktoré je krížením bipolárneho tranzistora a MOSFET, vďaka čomu sú extrémne odolné voči elektrostatickému výboju a preťaženiu.

Prečítajte si viac o: ,