kategorier: Utvalgte artikler » Praktisk elektronikk
Antall visninger: 45548
Kommentarer til artikkelen: 7
Kraft MOSFET og IGBT transistorer, forskjeller og funksjoner i deres applikasjon
Teknologier innen kraftelektronikk forbedres kontinuerlig: stafetter blir solid tilstand, bipolare transistorer og tyristorer erstattes mer og mer omfattende med felteffekttransistorer, nye materialer utvikles og brukes i kondensatorer, etc. - aktiv teknologisk utvikling er tydelig synlig overalt, noe som ikke stopper i et år. Hva er grunnen til dette?
Dette skyldes tydeligvis at produsenter på et tidspunkt ikke er i stand til å tilfredsstille forbrukernes forespørsler om evner og kvalitet på elektronisk kraftutstyr: reléet gnister og brenner kontakter, bipolare transistorer krever for mye strøm til å kontrollere, kraftenheter er uakseptabelt mye plass osv. Produsenter konkurrerer seg imellom - hvem vil være de første til å tilby det beste alternativet ...?
Så MOSFET-transistorer i felt dukket opp, takket være hvilken kontroll av strømmen av ladningsbærere som ble mulig ikke ved å endre basestrømmen, som i bipolare aner, og ved hjelp av det elektriske feltet til lukkeren, faktisk - ganske enkelt ved å bruke spenning på lukkeren.
Som et resultat, på begynnelsen av 2000-tallet, var andelen strømapparater på MOSFET og IGBT omtrent 30%, mens bipolare transistorer i kraftelektronikk forble under 20%. I løpet av de siste 15 årene har det vært et enda mer betydelig gjennombrudd, og klassiske bipolare transistorer nesten fullstendig ga vei for MOSFET og IGBT i segmentet av kontrollerte kraft halvlederbrytere.
Designe for eksempel høyfrekvente kraftomformere, velger utvikleren allerede mellom MOSFET og IGBT - som begge styres av spenningen som tilføres porten, og ikke av strømmen, som bipolare transistorer, og kontrollkretsene er enklere som et resultat. La oss imidlertid vurdere funksjonene til disse veldig transistorer som styres av portspenningen.
MOSFET eller IGBT
I IGBT (IGBT bipolar transistor med isolert port) i åpen tilstand, går driftsstrømmen gjennom p-n-krysset, og i MOSFET - gjennom avløpskildekanalen, som har en resistiv karakter. Her er mulighetene for spredning av kraft forskjellige for disse enhetene, tapene er forskjellige: for en MOSFET-feltinnretning vil den spredte kraften være proporsjonal med kvadratet til strømmen gjennom kanalen og kanalmotstanden, mens for IGBT vil den spredte kraften være proporsjonal med samler-emitter metningsspenningen og strømmen gjennom kanalen i første grad.
Hvis vi trenger å redusere viktige tap, må vi velge en MOSFET med lavere kanalmotstand, men ikke glem at med økende halvledertemperatur vil denne motstanden øke og varmetap fortsatt øke. Men med IGBT, med økende temperatur, reduseres tvert imot metningsspenningen til pn-krysset, noe som betyr at oppvarmingstapet reduseres.
Men ikke alt er så elementært som det kan virke ved synet av en person som er uerfaren i kraftelektronikk. Mekanismene for å bestemme tap i IGBT og MOSFET er grunnleggende forskjellige.
Som du forstår, forårsaker kanalmotstanden i en ledende tilstand i en MOSFET-transistor visse strømtap på den, som ifølge statistikk er nesten 4 ganger høyere enn strømmen som brukes på portkontroll.
Med IGBT er situasjonen akkurat det motsatte: tap ved overgangen er mindre, men energikostnadene for styring er større. Vi snakker om frekvenser i størrelsesorden 60 kHz, og jo høyere frekvens, jo større er tapet av portkontroll, spesielt med tanke på IGBT.
Saken er at i MOSFET rekombinerer ikke minoritetsbærere, som det skjer i IGBT, som inkluderer en MOSFET felteffekttransistor som bestemmer åpningshastigheten, men hvor basen ikke er direkte tilgjengelig, og det er umulig å fremskynde prosessen ved bruk av eksterne kretser.Som et resultat er de dynamiske egenskapene til IGBT begrenset, og den maksimale driftsfrekvensen er begrenset.
Ved å øke overføringskoeffisienten og senke metningsspenningen, la oss si at vi senker de statiske tapene, men så øker vi tapene under veksling. Av denne grunn angir produsenter av IGBT-er i dokumentasjonen for enhetene deres den optimale frekvensen og maksimal koblingshastighet.
Det er en ulempe med MOSFET. Den interne dioden er preget av en begrenset omvendt gjenopprettingstid, som på en eller annen måte overskrider gjenopprettingstiden som er karakteristisk for interne anti-parallelle IGBT-dioder. Som et resultat har vi byttetap og strømoverbelastning av MOSFET i halvbro-kretser.
Nå direkte om den spredte varmen. Området til halvleder IGBT-strukturen er større enn for MOSFET, derfor er den spredte kraften til IGBT større, men overgangstemperaturen øker mer intensivt under betjeningen av nøkkelen, derfor er det viktig å velge radiatoren til nøkkelen riktig, riktig beregne varmefluxen, under hensyntagen til termisk motstand for alle grenser montering.
MOSFET-er har også høyere oppvarmingstap ved høy effekt, langt overstiger IGBT-lukkertapet. Med kapasiteter over 300-500W og ved frekvenser i området 20-30 kHz, vil IGBT-transistorer seire.
Generelt velger de for hver oppgave sin egen type nøkkel, og det er visse typiske synspunkter på dette aspektet. MOSFET er egnet for drift ved frekvenser over 20 kHz med forsyningsspenninger opp til 300 V - Ladere, bytte strømforsyninger, kompakte omformere med lite strøm, etc. - de aller fleste av dem er samlet i dag på MOSFET.
IGBT-er fungerer bra på frekvenser opp til 20 kHz med forsyningsspenninger på 1000 volt eller mer - frekvensomformere, UPS-er, etc. - dette er lavfrekvenssegmentet av kraftutstyr for IGBT-transistorer.
I den mellomliggende nisje - fra 300 til 1000 volt, ved frekvenser i størrelsesorden 10 kHz - utføres valget av en halvlederbryter med passende teknologi rent individuelt og veier fordeler og ulemper, inkludert pris, dimensjoner, effektivitet og andre faktorer.
I mellomtiden er det umulig å si entydig at IGBT er egnet i en typisk situasjon, og i den andre - bare MOSFET. Det er nødvendig å omfatte utviklingen av hvert spesifikt apparat. Basert på enhetens kraft, dens modus, det estimerte termiske regimet, akseptable dimensjoner, funksjoner i kontrollkretsen, etc.
Og viktigst av alt - etter å ha valgt nøklene av ønsket type, er det viktig for utvikleren å bestemme parametrene sine nøyaktig, for i den tekniske dokumentasjonen (i databladet) tilsvarer ikke alltid alltid nøyaktig den virkeligheten. Jo mer nøyaktig parametrene er kjent, desto mer effektivt og pålitelig vil produktet vise seg, uavhengig av om det er IGBT eller MOSFET.
Se også:Bipolare og felteffekttransistorer - hva er forskjellen
Se også på elektrohomepro.com
: