MOSFET срещу IGBT

В света на електрониката на мощността избирането на правилното полупроводниково устройство е много важно за подобряване на производителността, ефективността и надеждността на електронните системи.Две популярни варианта са биполярни транзистори на силициеви изолирани портата (SI IGBTS) и метален оксид-оксид-оксид-оксид-оксид-оксид-конструктор на полеви транзистори (SIC MOSFET).Всяко от тези устройства има уникални функции и предимства, което ги прави подходящи за различни приложения.Тази статия ще обясни основните разлики между Si IGBTS и SIC MOSFET, обсъждайки техните характеристики, плюсове, минуси и как те влияят на технологията на инвертора, особено в системите за моторни задвижвания.Разбирайки тези различия, инженерите и дизайнерите могат да вземат по -добри решения за подобряване на своите проекти за електроника по електронно електроника.

Каталог

Фигура 1: MOSFET срещу IGBT

Разбиране

Sic mosfets

Силиконов карбид метален-оксид-семикопроводник полеви транзистори (SIC MOSFET) работят чрез контролиране на напрежението, приложено към техния терминал на портата.Едно от основните предимства на SIC MOSFET е тяхната силна устойчивост на термично бягство, състояние, при което повишаването на температурата води до по -нататъшно повишаване на температурата, което потенциално причинява повреда на устройството.Тази устойчивост до голяма степен се дължи на по -добрата топлинна проводимост на силициевия карбид (SIC) в сравнение с обикновения силиций.Високата топлинна проводимост на SIC осигурява ефективно разсейване на топлината на нивото на устройството, поддържайки стабилните работни температури дори при условия на висока мощност.

Тази способност за управление на топлината е много важна в среди с високи температури, като тези, които се намират в автомобили и индустриални настройки.В тези ситуации надеждността и ефективността на електронните части са много важни и SIC MOSFET осигуряват силно решение.Способността им да поддържат производителността и да предотвратяват прегряването при трудни условия ги прави много желани за електрониката на захранването, където управлението на топлината е голяма грижа.

Si igbts

Биполярните транзистори на силиций-изолирана порта (SI IGBTS) са полупроводникови устройства, контролирани от ток, които работят чрез прилагане на ток към терминала на портата.Тези транзистори обикновено се използват в приложения, които преобразуват директен ток (DC) в променлив ток (AC), особено в двигателните устройства.Привличането на Si igbts е тяхната способност да се справят ефективно с високи токове.Те също предлагат бързи скорости на превключване, което е много важно за приложенията, нуждаещи се от бърз и прецизен контрол на мощността.

Що се отнася до електрическите характеристики, Si IGBT имат високо напрежение, което им позволява да работят безопасно при условия на високо напрежение.Те също имат спад с ниско напрежение през устройството при провеждане на ток, което води до по -ниски загуби на мощност и по -добра ефективност.Нещо повече, SI IGBT имат ниски загуби на проводимост, което означава, че използват по -малко мощност, когато транзисторът е в състояние „on“, подобрявайки общата работа на системата.

Тези качества правят SI IGBTs особено подходящи за приложения за моторни задвижвания с висока мощност, като тези в производствените системи.Техните силни показатели в тези трудни среди се дължат на способността им да превключват ефективно големи токове и напрежения, което ги прави достъпен и надежден избор за контролиране на двигателите с висока мощност.

Инвертори и тяхното въздействие върху системите за моторни задвижвания

Фигура 2: Инвертори и тяхното въздействие върху системите за задвижване на мотора

В приложенията на моторното задвижване инверторите играят основна роля в промяната на директния ток (DC) от системите на батерията в променлив ток (AC), който електрическите двигатели трябва да работят.Тази промяна е много необходима за електрическите превозни средства, където големите батерии дават необходимата мощност на DC.Инверторите се справят с много важни части от производителността на двигателя, включително скорост, въртящ момент, мощност и ефективност.Те също така помагат за регенеративното спиране, което е функция, която улавя енергия по време на спиране и я изпраща обратно в батерията, което прави цялата система по-енергийно ефективна.

Видът на инвертора, използван значително влияе на това колко добре работи системата за задвижване на двигателя.В исторически план са широко използвани два вида инвертори: биполярни транзистори на силициеви изолирани портата (SI IGBT) и силициев карбид метален оксид-семиководонтлив полеви транзистори (SIC MOSFET).

Si igbts са стандартния избор, тъй като са надеждни и производствените процеси за тях са добре установени.Въпреки това, SIC MOSFET стават все по -популярни, защото се представят по -добре.SIC MOSFET имат по -ниски загуби на превключване, по -добра топлинна проводимост и могат да работят при по -високи честоти и температури в сравнение със силни IGBT.Тези предимства водят до по -добра ефективност, по -малка нужда от охлаждане и възможност за проектиране на по -малки и по -леки системи за задвижване на двигателя.

Отначало високата цена на SIC MOSFETs ограничи използването им до висок клас или специални приложения.Въпреки това, подобренията в производствената технология и масовото производство значително намалиха разходите на SIC устройства, което ги прави практичен и атрактивен вариант за по -широк спектър от приложения за моторни задвижвания.Това намаляване на разходите, заедно с техните ползи за ефективността, доведе до по -голямо използване на SIC MOSFET в различни индустрии, включително автомобилни, индустриални автоматизация и възобновяеми енергийни сектори.

Предимства и недостатъци на сигналите и SIC MOSFETS

Si IGBT (силициеви изолирани биполярни транзистори на портата)

Силиконовите изолирани биполярни транзистори на портата (SI IGBT) се използват широко в приложения с висока мощност поради техните силни черти на производителността.Ето подробен поглед върху техните предимства и недостатъци:

• Предимства на SI IGBTS

Работи добре с големи течения: Si igbts са много добри в ефективно управлението на големи течения.Това ги прави добър избор за приложения, които трябва да се справят с големи енергийни натоварвания, като промишлени машини и електрически превозни средства.

Бърза скорост на превключване: Si igbts могат да се включват и изключват бързо, което подобрява тяхната работа в системи, които се нуждаят от бързи промени в текущия поток.Тази бърза способност за превключване е полезна за приложения, които изискват бързи промени, което води до по -добра отзивчивост и производителност.

Ниска цена: Производственият процес на SI IGBTS е зрял и утвърден, което води до по-ниски производствени разходи.Това предимство на разходите прави SI IGBTS удобен за бюджета избор за много приложения с висока мощност, като намалява общите системни разходи.

Може да се справи с високи напрежения: Si IGBT могат да издържат на високи напрежения, което ги прави подходящи за приложения, които работят при високи нива на напрежение.Тази способност е особено полезна в системите за предаване и разпределение на мощността, където е необходима издръжливост на високо напрежение.

Ниска загуба на енергия: Si IGBT имат минимален спад на напрежението и загубите на проводимост при провеждане на ток.Тази ефективност се превръща в намалена загуба на енергия и подобрена цялостна производителност на системата, което е добро за поддържане на висока ефективност на чувствителните към мощността приложения.

• Недостатъци на SI IGBTS

Предразположен към прегряване: В приложения с висока мощност, като тези в електрически превозни средства или индустриални системи, Si IGBTs могат да се прегряват.Това прегряване може да доведе до термично бягство, състояние, при което повишаващата се температура причинява допълнително повишаване на температурата, което потенциално води до повреда на устройството.Този риск от термични проблеми представлява загриженост за надеждност при ситуации с висока мощност.

По-бавни времена на изключване: В сравнение с някои по -нови полупроводникови устройства, Si IGBT отнема повече време, за да се изключи.Това по-бавно изключване може да ограничи тяхната ефективност в приложения, които се нуждаят от много бързо превключване, като високочестотни инвертори или усъвършенствани системи за управление на двигателя.По-бавното време за изключване може да доведе до повишени загуби на превключване и намаляване на общата ефективност в такива приложения.

SIC MOSFET (силициев карбид метален-оксид-семико-трудов полеви транзистори)

В приложенията на моторното задвижване избирането между биполярни транзистори на силициеви изолирани порта (SI IGBTS) и силициев карбид метален оксид-семиоводоводни полеви транзистори (SIC MOSFET) влияят значително на работата и ефективността на системата.Разбирането на плюсовете и минусите на SIC MOSFETS помага да се обясни защо те се превръщат в популярен избор в много високоефективни приложения, въпреки някои предизвикателства.

• Предимства на SIC MOSFETS

По -висока ефективност: SIC MOSFET имат по -ниска загуба на проводимост и превключване в сравнение със Si IGBT.Тази подобрена ефективност намалява потреблението на енергия и повишава общата работа на системата на двигателя.По -ниските загуби означават, че по -малко енергия се губи като топлина, което води до по -ефективно използване на мощността.

По -добро управление на топлината: Силиконов карбид провежда топлина по -добре от силиций.Това позволява на SIC MOSFET да се справят по-ефективно на топлината, като поддържат своята производителност и надеждност дори при условия на висока мощност.По -доброто управление на топлината намалява необходимостта от обширни охлаждащи системи, което прави дизайна по -прости и намаляващи разходи.

По -бързо превключване: SIC MOSFET могат да работят с много по -високи честоти на превключване, отколкото Si IGBT.По -бързото превключване позволява по -прецизно управление на двигателя и може да подобри производителността в приложения, нуждаещи се от бързо превключване.Това е особено полезно при задвижванията на електрическите превозни средства и промишленото управление на двигателя, където ефективността и времето за бързо реагиране са много важни.

По -високо обработка на напрежението: SIC MOSFET могат да управляват по-високи напрежения от Si IGBT, което ги прави подходящи за приложения с високо напрежение.Този по-висок толеранс на напрежението е полезен в интерфейсите на електрическата мрежа и индустриалните задвижвания с висока мощност, където е необходимо силно обработка на напрежението.

По -малък размер: Поради по -добрата си ефективност и топлинните свойства, SIC MOSFET могат да бъдат направени по -малки от техните силиконови колеги.Това намаляване на размера е добро за създаване на по -компактни и леки системи, което е особено ценно в приложения като електрически превозни средства, където спестяването на пространство и тегло е много важно.

• Недостатъци на SIC MOSFETS

По -висока цена: Приготвянето на SIC MOSFET е по -сложно и скъпо от приготвянето на Si igbts.Тази по-висока производствена цена води до по-висока покупна цена, която може да бъде бариера, особено в чувствителните към разходите приложения.Въпреки това, тъй като производството се подобрява и се произвеждат по -големи количества, тези разходи постепенно намаляват.

Ограничена пазарна употреба: Като по -нова технология, SIC MOSFET все още не са приети толкова широко, колкото и сигбтите.Тази ограничена употреба може да доведе до по -малко налични компоненти и по -малка поддръжка, което затруднява инженерите да намерят части и да получат техническа помощ.С течение на времето, тъй като SIC технологията става по -често срещана, това ограничение се очаква да намали.

Сложните нужди на задвижването: SIC MOSFET често се нуждаят от по -усъвършенствана схема на задвижване в сравнение с Si IGBT.Сложността на тази верига на задвижването може да усложни общия дизайн на системата и евентуално да увеличи разходите за развитие.Инженерите трябва внимателно да проектират и прилагат тези схеми, за да се възползват напълно от технологията SIC.

Подобрена инверторна технология с SIC MOSFETS

Фигура 3: Сравнение на разтвора на захранващия шкаф SI спрямо SIC разтвор за инвертори на моторното задвижване

Silicon Carbide MOSFET (SIC MOSFET) имат значително подобрена технология на инвертора в системите за моторни задвижвания, предлагайки много предимства за биполярни транзистори на силиконовите изолирани порта (SI IGBTS).SIC MOSFET могат да работят с много по -високи скорости на превключване поради по -ниските им загуби на превключване, което позволява по -точен контрол на скоростта на двигателя и въртящия момент.Те също така се справят по -добре с топлината, което означава, че се отърват от топлината по -ефективно и намаляват нуждата от големи охлаждащи системи.Това води до по -малки и по -леки дизайни на инвертор, което е особено добро за електрическите превозни средства.

SIC MOSFET също могат да работят при по -високи температури, увеличавайки надеждността и живота на системите за двигателно задвижване при трудни условия.Въпреки че сигбтите все още могат да се използват в по-евтини приложения или когато високите скорости на превключване и управлението на топлина са по-малко от притесненията, ефективността, по-доброто обработка на топлина и по-високата работа на SIC MOSFET ги правят идеални за високоефективни и надеждни приложения за моторно задвижване,включително електрически превозни средства и индустриална автоматизация.

Основни разлики между IGBTS и MOSFET

Параметър	IGBT	Мосфет
Обхват на напрежението	600V до 6500V (общи приложения за високо напрежение)	20V до 1000V (общи приложения с ниско до средно напрежение)
Типични приложения	Приложения с високо напрежение, висок ток, например, енергийни мрежи, индустриални двигатели и инвертори	Приложения с ниско до средно напрежение, например захранвания, аудио усилватели и двигателни контролери
Спад на напрежението на състоянието (vCE или VDs)	По -висок спад на напрежението, обикновено 2V до 4V	Спад на по -ниско напрежение, обикновено 0,1V до 1V
Скорост на превключване	По -бавна скорост на превключване (по -подходяща за по -ниска честота Приложения)	По -бърза скорост на превключване (по -подходяща за приложения с висока честота)
Загуби от проводимост	По -високо поради биполярна природа и по -висок спад на напрежението	По -ниско поради униполярната природа и спад на по -ниското напрежение
Превключване на загуби	По -високо поради по -бавната скорост на превключване	По -ниско поради по -бързата скорост на превключване
Топлинна стабилност	По -добри топлинни показатели при по -високи нива на мощност	Ограничени топлинни показатели в сравнение с IGBTS
Контролна сложност	По-лесни изисквания за задвижване на вратата, обикновено контролирани от напрежението	Изисква по -сложни вериги за задвижване на вратата, обикновено контролиран от тока
Здравина	Като цяло по-добра късо съединение издържа на способността	Обикновено по-ниската късо съединение издържа на способността
Разходи	Като цяло по -високи за еквивалентни оценки на напрежението	Като цяло по -ниско за еквивалентни оценки на напрежението

Тип устройство

Фигура 4: Тип на устройство - Сравнение на символи MOSFET и IGBT

IGBTS (изолирани биполярни транзистори на портата) са смесица от MOSFET (метални оксид-семикопроводни полеви транзистори) и биполярни транзистори.Те имат порта, контролирана от напрежението като MOSFET, което прави превключването лесно.Те също имат биполярно-подобна способност за носене на тока, което им позволява да се справят с високи нива на мощност.За разлика от MOSFETS са само транзистори, контролирани от напрежението.Потокът на тока между техния източник и източници се контролира от напрежението, приложено към портата.

Оценка на напрежението

Фигура 5: Напрежение на дренаж/колектор Vs.Текущ за MOSFET и IGBT

За оценката на напрежението IGBT са по-добри за приложения с високо напрежение, вариращи от стотици до хиляди волта.Това ги прави подходящи за приложения с висока мощност като двигателни задвижвания и инвертори на захранване.MOSFET обикновено се използват в приложения с по -ниско до средно напрежение, вариращи от десетки до стотици волта, които са често срещани в електронните превключващи вериги и регулатори на напрежението.

Текущо управление

Фигура 6: VD-ID характеристики при 25 ° C и 150 ° C за MOSFET и IGBT

По отношение на текущото управление, IGBT са чудесни за приложения с висок ток поради тяхната биполярна способност за пренасяне на тока.Това ги прави полезни в настройките с висока мощност.MOSFET обаче обикновено се използват за приложения с по -ниски до умерени токове, където са необходими висока ефективност и бързо превключване.

Скорост на превключване

Скоростта на превключване е друга голяма разлика.IGBTS превключва по -бавно от MOSFET, което е добре за приложения, при които не е необходимо бързо превключване.От друга страна, MOSFET се правят за високочестотна употреба, предлагайки по-бързи скорости на превключване.Това ги прави подходящи за приложения като захранващи устройства и конвертори, които се нуждаят от бързо и ефективно превключване.

Ефективност

Ефективността варира между IGBT и MOSFET въз основа на нивата на напрежение и ток.IGBT имат по-ниски загуби на проводимост при високи напрежения и токове, което ги прави по-ефективни при приложения с висока мощност.MOSFET обаче са по-ефективни при ниски напрежения и токове поради техните ниски възможности за устойчивост и бързо превключване.

Приложения

Фигура 7: Основна структура на MOSFET Vs.IGBT основна структура

Използването на тези устройства отразява техните силни страни.IGBT обикновено се използват в ситуации с висока мощност като двигателни задвижвания, инвертори на мощност и индукционни отоплителни системи поради способността им да се справят с високо напрежение и ток.MOSFET са по -добри за приложения, които дават приоритет на бързото превключване и ефективност при по -ниски нива на мощност, като електронни схеми за превключване и регулатори на напрежението.

Изисквания за задвижване на портата

И накрая, изискванията за задвижване на портата се различават между IGBT и MOSFET.IGBT се нуждаят от положително напрежение на портата спрямо емитера, за да се включи, и да се изключи, като намали напрежението на портата.Mosfets обаче се нуждаят от положително напрежение на портата спрямо източника за включване и изключване, което прави задвижването на вратата им по -просто и по -лесно.

Заключение

Както Si IGBTS, така и SIC MOSFET имат уникални силни страни, които отговарят на различни приложения с висока мощност.Si igbts са страхотни при работа с големи течения и високи напрежения и са по -евтини за производство, което ги прави надеждни за традиционни приложения като индустриални двигатели и енергийни мрежи.Те обаче могат да прегряват и превключват по-бавно, което може да бъде проблем във високоскоростна или много гореща среда.

От друга страна, SIC MOSFETS се справят по-добре с топлината, превключват по-бързо и са по-ефективни, което ги прави любими за съвременни приложения като електрически автомобили и високоефективни индустриални системи.Въпреки че в началото струват повече и се нуждаят от по -сложни задвижващи вериги, постоянните подобрения в SIC технологията намаляват тези проблеми, което води до по -широка употреба.

Изборът между SI IGBTS и SIC MOSFET зависи от специфичните нужди на приложението, като нива на напрежение и ток, скорост на превключване и управление на топлината.Използвайки силните страни на всяко устройство, инженерите могат да проектират и изграждат по -добри електронни системи за захранване, подобряване на подобренията и ефективността в различни технологични полета.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Кое е по -добре IGBT или MOSFET?

Изборът между IGBT и MOSFET зависи от това, за което се нуждаете.MOSFET обикновено са по -добри за задачи с ниска до средна мощност, които се нуждаят от бързи скорости на превключване и добро управление на топлина.Те са добри за неща като захранващи устройства и двигателни контролери.IGBT, от друга страна, са по-добри за задачите с висока мощност, защото могат да се справят с по-големи токове и по-високи напрежения, което ги прави идеални за промишлени двигатели и инвертори на мощност.

2. Може ли IGBT да замени MOSFET?

Понякога IGBT могат да заменят MOSFET, особено при задачи с висока мощност, където е много необходима обработка на големи токове и напрежения.Въпреки това, тъй като IGBTs превключват по -бавно и се справят с топлината по различен начин, те може да не са добри за задачи, които се нуждаят от много бързо превключване и ниска загуба на мощност, където MOSFET са по -добри.

3. Как да разбера дали имам IGBT или MOSFET?

За да разберете дали имате IGBT или MOSFET, проверете номера на частта и подробности от производителя.Таблиците с данни ще ви кажат дали устройството е IGBT или MOSFET.Те могат да си приличат, така че трябва да проверите документацията или маркировките на компонента.

4. Кое е най -бързото превключващо устройство IGBT или MOSFET?

MOSFET обикновено са най -бързите превключващи устройства в сравнение с IGBT.Те могат да превключват с много по-високи скорости, което ги прави подходящи за задачи, които се нуждаят от бързо превключване, като в захранването и високочестотните инвертори.

5. Как да разбера дали имам IGBT или MOSFET?

Можете да разберете дали имате IGBT или MOSFET, като разгледате маркировките на компонента и ги сравнявате с таблици с данни или детайли на производителя.Тези документи дават подробна информация за вида на полупроводниковото устройство, включително дали е IGBT или MOSFET.