IGBT i MOSFET
Tranzystory bipolarne były jedynym tranzystorem mocy stosowanym do momentu pojawienia się bardzo wydajnych tranzystorów MOSFET we wczesnych latach siedemdziesiątych. BJT przeszły istotne ulepszenia w zakresie osiągów elektrycznych od momentu powstania pod koniec 1947 r. I nadal są szeroko stosowane w układach elektronicznych. Tranzystory bipolarne mają stosunkowo powolną charakterystykę wyłączania i wykazują ujemny współczynnik temperaturowy, co może skutkować wtórnym rozpadem. MOSFET to jednak urządzenia sterowane napięciem, a nie sterowane prądem. Posiadają dodatni współczynnik temperaturowy dla rezystancji, który zatrzymuje niekontrolowany wzrost temperatury iw rezultacie nie występuje wtórne rozbicie. Następnie, IGBT pojawiły się w obrazie pod koniec lat 80-tych. IGBT jest w zasadzie krzyżówką między tranzystorami bipolarnymi i tranzystorami MOSFET, a także sterowany napięciowo, podobnie jak tranzystory MOSFET. W tym artykule podkreślono niektóre kluczowe punkty porównujące oba urządzenia.
Co to jest MOSFET?
MOSFET, skrót od "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor", jest specjalnym rodzajem tranzystora polowego szeroko stosowanego w bardzo dużych układach scalonych, dzięki jego wyrafinowanej strukturze i wysokiej impedancji wejściowej. Jest to 4-terminalowe urządzenie półprzewodnikowe, które steruje zarówno sygnałem analogowym, jak i cyfrowym. Brama znajduje się pomiędzy źródłem a odpływem i jest izolowana cienką warstwą tlenku metalu, która zapobiega przepływowi prądu pomiędzy bramą a kanałem. Technologia ta jest obecnie wykorzystywana we wszelkiego rodzaju urządzeniach półprzewodnikowych do wzmacniania słabych sygnałów.
Co to jest IGBT?
IGBT, skrót od "Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką", to trójprzewodnikowe urządzenie półprzewodnikowe, które łączy w sobie zdolność przenoszenia prądu tranzystora bipolarnego z łatwością sterowania tranzystorem MOSFET. Są stosunkowo nowym urządzeniem w energoelektronice, zwykle używanym jako przełącznik elektroniczny w szerokim zakresie zastosowań, od zastosowań średniej do bardzo wysokiej mocy, takich jak zasilacze impulsowe (SMPS). Jego struktura jest prawie identyczna z strukturą MOSFET z wyjątkiem dodatkowego substratu pod podłoże.
Różnica między IGBT i MOSFET
IGBT oznacza tranzystor bipolarny z izolowaną bramką, natomiast tranzystor MOSFET jest skrótem od tranzystorowego tranzystora polowego (metal-oxide semiconductor field trance). Chociaż oba są sterowanymi napięciem urządzeniami półprzewodnikowymi, które działają najlepiej w zastosowaniach z zasilaniem impulsowym (SMPS), tranzystory IGBT łączą możliwości wysokoprądowego przetwarzania tranzystorów bipolarnych z łatwością sterowania tranzystorami MOSFET. IGBT są odźwiernymi prądu, które łączą zalety BJT i MOSFET do stosowania w obwodach sterowania zasilaniem i silnikiem. MOSFET jest specjalnym rodzajem tranzystora polowego, w którym przyłożone napięcie określa przewodność urządzenia.
IGBT jest zasadniczo urządzeniem MOSFET, które steruje dwubiegunowym tranzystorem mocy z tranzystorami zintegrowanymi na jednym kawałku krzemu, podczas gdy MOSFET jest najczęściej izolowanym bramkowym FET, najczęściej wytwarzanym przez kontrolowane utlenianie krzemu. MOSFET generalnie działa poprzez elektroniczną zmianę szerokości kanału przez napięcie na elektrodzie zwanej bramką, która znajduje się pomiędzy źródłem a odpływem, i jest izolowana cienką warstwą tlenku krzemu. MOSFET może działać na dwa sposoby: tryb wyczerpania i tryb ulepszeń.
IGBT to sterowane napięciem urządzenie dwubiegunowe o wysokiej impedancji wejściowej i dużej zdolności przenoszenia prądu przez tranzystor bipolarny. Mogą być łatwe do kontrolowania w porównaniu do obecnie kontrolowanych urządzeń w aplikacjach wysokoprądowych. MOSFET-y nie wymagają prawie żadnego prądu wejściowego do sterowania prądem obciążenia, co czyni je bardziej odpornymi na terminal bramkowy, dzięki izolacji pomiędzy bramką a kanałem. Warstwa wykonana jest z tlenku krzemu, który jest jednym z najlepszych stosowanych izolatorów. Skutecznie blokuje przyłożone napięcie, z wyjątkiem małego prądu upływowego.
MOSFET są bardziej podatne na wyładowania elektrostatyczne (ESD), ponieważ wysoka impedancja wejściowa technologii MOS w MOSFET nie pozwoli na rozproszenie ładunku w bardziej kontrolowany sposób. Dodatkowy izolator tlenku krzemu zmniejsza pojemność bramki, co czyni ją podatną na bardzo wysokie skoki napięcia, nieuchronnie uszkadzając wewnętrzne komponenty. MOSFET są bardzo wrażliwe na ESD. IGBT trzeciej generacji łączy charakterystykę napięciową MOSFET z niską rezystancją bipolarnego tranzystora, dzięki czemu są wyjątkowo odporne na przeciążenia i skoki napięcia.
-
Zastosowania IGBT i MOSFET
Podsumowanie IGBT vs. MOSFET
Chociaż zarówno IGBT, jak i MOSFET są sterowanymi napięciem urządzeniami półprzewodnikowymi używanymi głównie do wzmacniania słabych sygnałów, IGBT łączą niską rezystancję bipolarnego tranzystora z charakterystyką napięciową MOSFET. Wraz z rozwojem możliwości wyboru między dwoma urządzeniami coraz trudniej jest wybrać najlepsze urządzenie w oparciu o same aplikacje. MOSFET to cztero-terminalowe urządzenie półprzewodnikowe, natomiast IGBT to urządzenie z trzema końcówkami, które jest krzyżówką między tranzystorem bipolarnym a tranzystorem MOSFET, co czyni je wyjątkowo odpornymi na wyładowania elektrostatyczne i przeciążenia.
