קטגוריות: מאמרים מוצגים » אלקטרוניקה מעשית
מספר צפיות: 45548
הערות לכתבה: 7
טרנזיסטורים MOSFET ו- IGBT, ההבדלים והתכונות של היישום שלהם
טכנולוגיות בתחום האלקטרוניקה העוצמתית משופרות ללא הרף: ממסרים הופכים למצב מוצק, טרנזיסטורים דו-קוטביים ותיריסטורים מוחלפים יותר ויותר בהעברת טרנזיסטורים בהשפעת שדה, חומרים חדשים מפותחים ומיישמים בקבלים וכו '- אבולוציה טכנולוגית פעילה נראית בבירור בכל מקום שאינו נעצר במשך שנה. מה הסיבה לכך?
זה כמובן נובע מהעובדה שבשלב מסוים היצרנים אינם מסוגלים לספק את דרישות הצרכנים לגבי יכולות ואיכות ציוד אלקטרוני אלקטרוני כוח: הממסר נוצץ ושורף קשרים, טרנזיסטורים דו קוטביים דורשים יותר מדי כוח לשליטה, יחידות כוח אינן מתקבלות על הדעת הרבה מקום וכו '. היצרנים מתחרים בינם לבין עצמם - מי יהיה הראשון להציע את החלופה הטובה ביותר ...?
אז הופיעו טרנזיסטורי MOSFET שדה, שבזכותם התאפשרה שליטה בזרימת מובילי המטען לא על ידי שינוי זרם הבסיס, כמו ב אבות אבות דו קוטביים, ובאמצעות השדה החשמלי של התריס, למעשה - פשוט על ידי הפעלת מתח על התריס.
כתוצאה מכך, בתחילת שנות האלפיים חלקם של מכשירי הכוח ב- MOSFET ו- IGBT היה כ -30%, ואילו טרנזיסטורים דו קוטביים באלקטרוניקה כוח נותרה פחות מ -20%. במהלך 15 השנים האחרונות חלה פריצת דרך משמעותית עוד יותר, ו טרנזיסטורים דו קוטביים קלאסיים כמעט לחלוטין פינה את מקומן ל- MOSFET ו- IGBT בקטע מתגי מוליכים למחצה מבוקרים.
תכנון, למשל, ממיר כוח בתדר גבוה, היזם כבר בוחר בין MOSFET ל- IGBT - שניהם נשלטים על ידי המתח המופעל על השער ולא על ידי הזרם, כמו טרנזיסטורים דו קוטביים, ומעגלי הבקרה פשוטים יותר כתוצאה מכך. עם זאת, ניקח בחשבון את התכונות של טרנזיסטורים ממש אלה הנשלטים על ידי מתח השער.
MOSFET או IGBT
ב IGBT (טרנזיסטור דו-קוטבי IGBT עם שער מבודד) במצב הפתוח, זרם הפעולה עובר דרך צומת p-n, וב- MOSFET - דרך תעלת מקור הניקוז, בעלת אופי התנגדות. כאן, האפשרויות לפיזור הספק שונות למכשירים אלה, ההפסדים שונים: עבור מכשיר שדה MOSFET, הכוח המתפזר יהיה פרופורציונלי לריבוע הזרם דרך הערוץ והתנגדות הערוץ, ואילו עבור IGBT, הכוח המפוזר יהיה פרופורציונלי למתח הרוויה של פולט האספן והזרם דרך התעלה. בתואר הראשון.
אם נצטרך להפחית הפסדי מפתח, נצטרך לבחור MOSFET עם התנגדות לערוצים נמוכים יותר, אך אל תשכח שעם עליית טמפרטורת המוליכים למחצה ההתנגדות הזו תגדל והפסדי החימום עדיין יגדלו. אך עם IGBT, עם עליית הטמפרטורה, מתח הרוויה של צומת ה- pn, להפך, יורד, מה שאומר שאובדי החימום יורדים.
אבל לא הכל יסודי כמו שזה עשוי להראות למראה אדם חסר ניסיון באלקטרוניקה כוח. המנגנונים לקביעת הפסדים ב- IGBT ו- MOSFET שונים באופן מהותי.
כפי שאתה מבין, בטרנזיסטור של MOSFET, התנגדות הערוץ במצב המוליך גורמת להפסדי כוח מסוימים עליו, שעל פי הסטטיסטיקה, הם כמעט פי 4 מההספק שמושקע בבקרת שער.
אצל IGBT המצב הוא הפוך: ההפסדים במעבר פחותים, אך עלויות האנרגיה לניהול גדולות יותר. אנו מדברים על תדרים בסדר גודל של 60 קילו הרץ, וככל שהתדר גבוה יותר, כך אובדן שליטת השערים גדול יותר, במיוחד ביחס ל IGBT.
העניין הוא שבמוסדות MOSFET נשאיות המיעוט לא מתחברות מחדש, כמו שקורה ב- IGBT, הכולל טרנזיסטור MOSFET-אפקט שדה שקובע את מהירות הפתיחה, אך היכן שהבסיס אינו נגיש ישירות, ואי אפשר להאיץ את התהליך באמצעות מעגלים חיצוניים.כתוצאה מכך המאפיינים הדינמיים של IGBT מוגבלים, ותדירות ההפעלה המרבית מוגבלת.
על ידי הגדלת מקדם ההולכה והורדת מתח הרוויה, נניח כי אנו מורידים את ההפסדים הסטטיים, אך אז אנו מגדילים את ההפסדים במהלך המעבר. מסיבה זו יצרני IGBT מציינים בתיעוד למכשירים שלהם את התדר האופטימלי ואת מהירות המיתוג המרבית.
יש חיסרון עם ה- MOSFET. הדיודה הפנימית שלה מאופיינת בזמן התאוששות הפוך סופי, אשר בדרך זו או אחרת עולה על זמן ההתאוששות האופייני לדיודות IGBT פנימיות. כתוצאה מכך יש לנו הפסדי מעבר ועומסי זרם של MOSFET במעגלים עם חצי גשר.
עכשיו ישירות על החום המתפוגג. שטח מבנה ה- IGBT המוליך-למחצה גדול יותר מזה של ה- MOSFET, לכן כוחו המפוזר של IGBT גדול יותר, עם זאת, טמפרטורת המעבר עולה בצורה אינטנסיבית יותר במהלך פעולת המפתח, לכן, חשוב לבחור את הרדיאטור למפתח בצורה נכונה, לחשב נכון את שטף החום, תוך התחשבות בהתנגדות התרמית של כל הגבולות הרכבה.
העוצמה הגבוהה של MOSFET מגדילה גם את אובדן החום שלה, ועולה בהרבה על אובדן התריס IGBT. עם הספקים מעל 300-500W ובתדרים באזור 20-30 קילו הרץ, טרנזיסטורים של IGBT יגברו.
באופן כללי, עבור כל משימה הם בוחרים סוג מפתח משלהם, וישנן השקפות טיפוסיות מסוימות בפן זה. MOSFET מתאימים להפעלה בתדרים מעל 20 קילו הרץ עם מתח אספקה עד 300 וולט - מטענים, החלפת ספקי כוח, ממירים קומפקטיים בעלי כוח נמוך וכו '- הרוב המוחלט מהם מורכב היום ב- MOSFET.
מכשירי IGBT עובדים היטב בתדרים של עד 20 קילו הרץ עם מתח אספקה של 1000 וולט ומעלה - ממירי תדרים, UPS וכו '- אלה הם קטע התדרים הנמוך של ציוד הכוח לטרנזיסטורים של IGBT.
בנישת הביניים - מ -300 ל -1000 וולט, בתדרים בסדר גודל של 10 קילו הרץ - בחירת מתג מוליכים למחצה בטכנולוגיה המתאימה מתבצעת באופן אינדיבידואלי, במשקל של היתרונות והחסרונות, כולל מחיר, מידות, יעילות וגורמים נוספים.
בינתיים אי אפשר לומר באופן חד משמעי שבמצב טיפוסי אחד IGBT מתאים, ובאחר - רק MOSFET. יש צורך לגשת באופן מקיף לפיתוח של כל מכשיר ספציפי. בהתבסס על כוח המכשיר, אופן הפעולה שלו, המשטר התרמי המשוער, הממדים המקובלים, תכונות מעגל הבקרה וכו '.
והכי חשוב - לאחר שבחר במפתחות מהסוג הנדרש, חשוב למפתח לקבוע במדויק את הפרמטרים שלהם, מכיוון שבתיעוד הטכני (בגליון הנתונים), בשום אופן, הכל לא תמיד מתאים בדיוק למציאות. ככל שהפרמטרים ידועים בצורה מדויקת יותר, כך יתברר שהמוצר יעיל ואמין יותר, ללא קשר אם הוא IGBT או MOSFET.
ראה גם באתר elektrohomepro.com
: