kategoriler: Öne Çıkan Makaleler » Pratik Elektronik
Görüntülenme sayısı: 45548
Makaleye yorum: 7
Güç MOSFET ve IGBT transistörleri, uygulamalarının farklılıkları ve özellikleri
Güç elektroniği alanındaki teknolojiler sürekli olarak geliştirilmektedir: röleler katı hale gelir, bipolar transistörler ve tristörler, alan etkili transistörler ile gittikçe daha fazla yer değiştiriyor, yeni malzemeler geliştiriliyor ve kapasitörlerde vb. uygulanıyor - aktif teknolojik evrim her yerde açıkça görülebilir, bir yıl boyunca durmaz. Bunun nedeni nedir?
Bunun nedeni, belli bir noktada üreticilerin güç elektroniği ekipmanlarının yetenekleri ve kalitesi için taleplerini karşılayamamasıdır: röle kıvılcım çıkarır ve kontakları yakar, bipolar transistörler kontrol etmek için çok fazla güç gerektirir, güç üniteleri kabul edilemez Çok fazla alan vs. Üreticiler kendi aralarında rekabet ederler - en iyi alternatifi sunan ilk kişi kim olacak ...?
Böylece, alan MOSFET transistörleri ortaya çıktı, böylece yük taşıyıcılarının akışının kontrolü, temel akımı değiştirerek değil, iki kutuplu atalarve obtüratörün elektrik alanı sayesinde, aslında - deklanşöre voltaj uygulayarak.
Sonuç olarak, 2000'li yılların başlarında, güç cihazlarının MOSFET ve IGBT üzerindeki payı yaklaşık% 30 iken, güç elektroniğindeki bipolar transistörler% 20'nin altında kaldı. Son 15 yılda çok daha önemli bir atılım oldu ve klasik bipolar transistörler neredeyse tamamen kontrollü güç yarı iletken anahtarlar segmentinde MOSFET ve IGBT'ye yol verdi.
Örneğin, yüksek frekans güç dönüştürücügeliştirici zaten MOSFET ve IGBT arasında seçim yapar - her ikisi de bipolar transistörler gibi akım tarafından değil, kapıya uygulanan voltaj tarafından kontrol edilir ve kontrol devreleri sonuç olarak daha basittir. Bununla birlikte, geçit voltajı tarafından kontrol edilen bu çok transistörlerin özelliklerini ele alalım.
MOSFET veya IGBT
Açık durumda IGBT'de (yalıtımlı geçitli IGBT bipolar transistör), çalışma akımı p-n kavşağından ve MOSFET'te - dirençli bir karaktere sahip tahliye kaynağı kanalından geçer. Burada, bu cihazlar için güç dağılımı olasılıkları farklıdır, kayıplar farklıdır: Bir MOSFET saha cihazı için, dağıtılan güç kanaldaki akımın ve kanal direncinin karesiyle orantılı olurken, IGBT için harcanan güç toplayıcı-yayıcı doygunluk voltajı ve kanaldaki akımla orantılı olacaktır. birinci derecede.
Önemli kayıpları azaltmamız gerekirse, daha düşük kanal direncine sahip bir MOSFET seçmemiz gerekecek, ancak artan yarı iletken sıcaklığı ile bu direncin artacağını ve ısıtma kayıplarının hala artacağını unutmayın. Ancak IGBT ile, artan sıcaklıkla birlikte, pn bağlantı noktasının doyma voltajı, aksine, azalır, bu da ısıtma kayıplarının azaldığı anlamına gelir.
Ancak, her şey güç elektroniğinde tecrübesiz bir insanın göründüğü kadar temel değildir. IGBT ve MOSFET'teki kayıpları belirleme mekanizmaları temelde farklıdır.
Anladığınız gibi, bir MOSFET transistöründe, iletken durumdaki kanal direnci, üzerinde istatistiklere göre, kapı kontrolünde harcanan güçten neredeyse 4 kat daha fazla olan belirli güç kayıplarına neden olur.
IGBT ile durum tam tersidir: geçişteki kayıplar daha azdır, ancak yönetim için enerji maliyetleri daha yüksektir. 60 kHz mertebesinde frekanslardan bahsediyoruz ve frekans ne kadar yüksek olursa, özellikle IGBT ile ilgili olarak kapı kontrolünün kaybı o kadar büyük olur.
Mesele şu ki, MOSFET azınlık taşıyıcıları, açılış hızını belirleyen, ancak tabanın doğrudan erişilemediği ve harici devreler kullanarak işlemi hızlandırmanın imkansız olduğu bir MOSFET alan etkili transistörü içeren IGBT'de olduğu gibi yeniden birleşmemektedir.Sonuç olarak, IGBT'nin dinamik özellikleri sınırlıdır ve maksimum çalışma frekansı sınırlıdır.
İletim katsayısını artırarak ve doygunluk voltajını düşürerek, statik kayıpları düşürdüğümüzü, ancak daha sonra anahtarlama sırasında kayıpları artırdığımızı varsayalım. Bu nedenle, IGBT üreticileri, cihazlarının belgelerinde optimum frekans ve maksimum anahtarlama hızını belirtir.
MOSFET ile bir dezavantaj var. Dahili diyotu, dahili anti-paralel IGBT diyotlarının bir şekilde veya başka bir şekilde iyileşme süresi karakteristiğini aşan sonlu bir geri kazanım süresi ile karakterize edilir. Sonuç olarak, MOSFET'in yarım köprü devrelerinde anahtarlama kayıpları ve aşırı akım yükleri var.
Şimdi doğrudan ısı kaybı hakkında. Yarı iletken IGBT yapısının alanı MOSFET'inkinden daha büyüktür, bu nedenle IGBT'nin harcanan gücü daha büyüktür, ancak anahtarın çalışması sırasında geçiş sıcaklığı daha yoğun bir şekilde artar, bu nedenle, tüm sınırların termal direncini dikkate alarak anahtarın radyatörünü doğru seçmek önemlidir. montaj.
MOSFET'ler ayrıca yüksek güçte daha yüksek ısıtma kayıplarına sahiptir, bu da IGBT deklanşör kaybını aşmaktadır. Kapasiteleri 300-500W'ın üzerinde ve 20-30 kHz bölgesindeki frekanslarda, IGBT transistörler geçerli olacaktır.
Genel olarak, her görev için kendi anahtar türlerini seçerler ve bu konuda bazı tipik görüşler vardır. MOSFET'ler, 300 V'a kadar besleme gerilimleri ile 20 kHz'in üzerindeki frekanslarda çalışmaya uygundur - Şarj, anahtarlama güç kaynakları, düşük güçlü kompakt invertörler, vb. - bunların büyük bir kısmı bugün MOSFET'te monte edilmiştir.
IGBT'ler, 1000 volt veya daha fazla besleme gerilimi olan 20 kHz'e kadar frekanslarda iyi çalışır - frekans dönüştürücüler, UPS'ler, vb.
Ara nişte - 300 ila 1000 volt arasında, 10 kHz derecesinde frekanslarda - uygun teknolojinin yarı iletken anahtarının seçimi, fiyat, boyutlar, verimlilik ve diğer faktörler dahil olmak üzere artıları ve eksileri tartarak tamamen ayrı ayrı yapılır.
Bu arada, tipik bir durumda IGBT'nin uygun, diğerinde ise sadece MOSFET'in uygun olduğunu söylemek imkansızdır. Her bir cihazın gelişimine kapsamlı bir şekilde yaklaşmak gerekir. Cihazın gücüne, çalışma moduna, tahmini termal rejime, kabul edilebilir boyutlara, kontrol devresinin özelliklerine vb.
Ve en önemlisi - gerekli tipteki anahtarları seçtikten sonra, geliştiricinin parametrelerini kesin olarak belirlemesi önemlidir, çünkü teknik belgelerde (veri sayfasında), hiçbir şey her zaman her zaman tam olarak gerçeğe karşılık gelmez. Parametreler ne kadar doğru bilinirse, IGBT veya MOSFET olsun, ürün daha verimli ve güvenilir olur.
Ayrıca bakınız:Bipolar ve alan etkili transistörler - fark nedir
Ayrıca bkz. electro-tr.tomathouse.com
: