IGBT a MOSFET
Bipolární tranzistory byly jediným skutečným výkonovým tranzistorem, který se použil až do doby, kdy se na počátku 70. let objevily velmi účinné MOSFETy. BJT prošly zásadním zlepšením elektrického výkonu od svého založení koncem roku 1947 a jsou stále široce používány v elektronických obvodech. Bipolární tranzistory mají relativně pomalé charakteristiky vypínání a vykazují negativní teplotní koeficient, který může mít za následek sekundární poruchu. MOSFETy jsou však zařízení, která jsou řízena spíše než proudově řízená. Mají pozitivní teplotní koeficient pro odolnost, která zastaví tepelné únik a v důsledku toho nedochází k sekundárnímu rozkladu. Pak na konci osmdesátých let vstoupili do obrazu IGBT. IGBT je v podstatě zkřížený mezi bipolárními tranzistory a MOSFET a je také napěťově řízený jako MOSFET. Tento článek zdůrazňuje některé klíčové body porovnávající obě zařízení.
Co je MOSFET?
MOSFET, zkratka pro tranzistor "Field Oxide Semiconductor Field Effect Transistor", je speciální typ tranzistoru s efektem pole, který se používá ve velmi rozsáhlých integrovaných obvodech díky své sofistikované struktuře a vysoké vstupní impedanci. Jedná se o čtyřpolohové polovodičové zařízení, které řídí jak analogové, tak digitální signály. Brána je umístěna mezi zdrojem a kanálem a je izolována tenkou vrstvou oxidu kovu, která zabraňuje protékání proudu mezi branou a kanálem. Tato technologie je nyní používána ve všech druzích polovodičových zařízení pro zesílení slabých signálů.
Co je IGBT?
IGBT, tzv. "Bipolární tranzistor izolované brány", je třípolohové polovodičové zařízení, které kombinuje schopnost bipolárního tranzistoru s proudem a snadné ovládání měniče MOSFET. Jedná se o relativně nové zařízení ve výkonové elektronice, které se běžně používá jako elektronický spínač v široké škále aplikací, od středních až po ultra výkonné aplikace, jako jsou napájecí zdroje se spínaným režimem (SMPS). Jeho struktura je téměř totožná se strukturou MOSFET s výjimkou přídavku p substrátu pod n substrátem.
Rozdíl mezi IGBT a MOSFET
IGBT označuje bipolární tranzistor izolované brány, zatímco MOSFET je zkratka pro tranzistor Field Effect Metal-Oxide Semiconductor. I když jsou oba polovodičová zařízení řízená napětím, které pracují nejlépe v aplikacích s napájením ze spínaného režimu (SMPS), IGBT kombinují schopnost bipolárních tranzistorů s vysokým proudem a snadnou kontrolu nad MOSFET. IGBT jsou brány proudů, které kombinují výhody BJT a MOSFET pro použití v obvodech napájení a řízení motoru. MOSFET je speciální typ tranzistoru s efektem pole, ve kterém aplikované napětí určuje vodivost zařízení.
IGBT je v podstatě zařízení MOSFET, které řídí bipolární tranzistor s tranzistorovým spojem s oběma tranzistory integrovanými na jediném křemíku, zatímco MOSFET je nejběžnější izolovaný vstupní FET, nejčastěji vyráběný řízenou oxidací křemíku. MOSFET obecně pracuje tím, že elektronicky mění šířku kanálu o napětí na elektrodě, nazývané brána, která je umístěna mezi zdrojem a odtokem a je izolována tenkou vrstvou oxidu křemičitého. Funkce MOSFET může fungovat dvěma způsoby: režim vyčerpání a režim vylepšení.
IGBT je napěťově řízené bipolární zařízení s vysokou vstupní impedancí a velkou schopností manipulace s proudem bipolárního tranzistoru. Mohou být snadno ovladatelné ve srovnání s běžně řízenými zařízeními v aplikacích s vysokým proudem. MOSFET nevyžadují téměř žádný vstupní proud pro řízení zatěžovacího proudu, což z důvodu jejich izolační vrstvy mezi branou a kanálem brání v terminálu brány. Vrstva je vyrobena z oxidu křemičitého, který je jedním z nejlepších použitých izolátorů. Efektně blokuje použité napětí s výjimkou malého svodového proudu.
MOSFET jsou citlivější na elektrostatický výboj (ESD), neboť vysoká vstupní impedance technologie MOS v MOSFET neumožní, aby se náboj rozptyloval řízeným způsobem. Dodatečný izolátor kysličníku křemičitého snižuje kapacitu brány, což znemožňuje použití velmi vysokého napěťového hrotu, což nevyhnutelně poškozuje vnitřní součásti. MOSFET jsou velmi citlivé na ESD. Třetí generace IGBT kombinuje charakteristiky napěťového pohonu MOSFET s nízkou odolností bipolárního tranzistoru, čímž je činí extrémně tolerantní proti přetížení a napěťovým špičkám.
-
Aplikace IGBT a MOSFET
Shrnutí IGBT Vs. MOSFET
IGBT a MOSFET jsou napěťově řízené polovodičové přístroje používané především k zesilování slabých signálů. IGBT kombinují nízkou odolnost bipolárního tranzistoru s charakteristikami napětí MOSFET. S rozšiřováním možností mezi těmito dvěma zařízeními je stále obtížnější zvolit si nejlepší zařízení založené na jejich aplikacích. MOSFET je čtyřpólové polovodičové zařízení, zatímco IGBT je tříkoncové zařízení, které je křížem mezi bipolárním tranzistorem a MOSFET, což je činí extrémně tolerantní k elektrostatickému výboji a přetížení.
