Categories: Articles destacats » Electrònica pràctica
Nombre de visualitzacions: 45548
Comentaris sobre l'article: 7
Transistors d’energia MOSFET i IGBT, diferències i característiques de la seva aplicació
Les tecnologies en el camp de l'electrònica de potència estan millorant constantment: Els relés es converteixen en estat sòlid, els transistors bipolars i els tiristors s’estan substituint cada vegada més extensament per transistors d’efecte de camp, s’estan desenvolupant i aplicant nous materials en condensadors, etc. - L’evolució tecnològica activa és clarament visible a tot arreu, que no s’atura durant un any. Quina és la raó d’això?
Això òbviament es deu al fet que, en algun moment, els fabricants no són capaços de satisfer les demandes dels consumidors per a les capacitats i la qualitat dels equips electrònics de potència: el relé fa guspires i cremà contactes, els transistors bipolars requereixen massa potència per controlar, les unitats de potència són inacceptablement acceptables. molt d'espai, etc. Els fabricants competeixen entre ells: qui serà el primer a oferir la millor alternativa ...?
Així doncs, van aparèixer transistors de camp MOSFET, gràcies als quals es va fer possible el control del flux de portadors no canviant el corrent base, com en avantpassats bipolarsi, mitjançant el camp elèctric de l'obturador, de fet, simplement aplicant tensió a l'obturador.
Com a resultat, a principis dels anys 2000, la proporció de dispositius d’energia a MOSFET i IGBT era d’uns 30%, mentre que els transistors bipolars en electrònica de potència es mantenien menys del 20%. Durant els darrers 15 anys hi ha hagut un avenç encara més significatiu transistors bipolars clàssics gairebé completament va deixar lloc a MOSFET i IGBT en el segment de commutadors de semiconductor de potència controlada.
Dissenyant, per exemple, convertidor d'alta potència de freqüència, el desenvolupador ja tria entre MOSFET i IGBT, tots dos controlats pel voltatge aplicat a la porta, i no pel corrent, com els transistors bipolars, i els circuits de control són més simples. Considerem, però, les característiques d’aquests transistors molt controlats per la tensió de la porta.
MOSFET o IGBT
A IGBT (transistor bipolar IGBT amb porta aïllada) en estat obert, el corrent de funcionament passa a través de la unió p-n, i a MOSFET - a través del canal de drenatge font, que té un caràcter resistiu. Així que les possibilitats de dissipació de potència són diferents per a aquests dispositius, les pèrdues són diferents: per a un camp de MOSFET, la potència dissipada serà proporcional al quadrat del corrent a través del canal i la resistència del canal, mentre que per a IGBTs la potència dissipada serà proporcional a la tensió de saturació del col·lector-emissor i al corrent pel canal. en el primer grau.
Si necessitem reduir les pèrdues clau, haurem de triar un MOSFET amb una resistència de canal més baixa, però no oblideu que amb l’augment de la temperatura de semiconductors aquesta resistència augmentarà i les pèrdues de calefacció encara augmentaran. Però amb IGBT, a mesura que augmenta la temperatura, disminueix el voltatge de saturació de la unió pn, cosa que significa que les pèrdues de calefacció disminueixen.
Però no tot és tan elemental com podria semblar una persona sense experiència en electrònica de potència. Els mecanismes per determinar les pèrdues en IGBT i MOSFET són fonamentalment diferents.
Com heu entès, amb un transistor MOSFET, la resistència del canal a l'estat conductor condueix algunes pèrdues d'energia que, segons les estadístiques, són gairebé 4 vegades superiors a la potència gastada en el control de la porta.
Amb IGBT, la situació és exactament al contrari: les pèrdues en la transició són menors, però els costos d’energia per a la gestió són més grans. Estem parlant de freqüències de l’ordre de 60 kHz, i com més gran sigui la freqüència, més gran és la pèrdua de control de l'obturador, sobretot pel que fa a IGBT.
El fet és que a les operadores minoritàries MOSFET no es recombinen, com passa en IGBT, que inclou un transistor d'efecte de camp MOSFET que determina la velocitat d'obertura, però on la base no és directament accessible, i és impossible accelerar el procés mitjançant circuits externs.Com a resultat, les característiques dinàmiques de l’IGBT són limitades i la freqüència de funcionament màxima és limitada.
Si augmentem el coeficient de transmissió i disminuïm el voltatge de saturació, diguem que reduïm les pèrdues estàtiques, però augmentem les pèrdues durant el canvi. Per això, els fabricants d’IGBT indiquen en la documentació dels seus dispositius la freqüència òptima i la velocitat màxima de commutació.
Hi ha un inconvenient amb el MOSFET. El seu díode intern es caracteritza per un temps de recuperació inversa finit, que d’una manera o altra supera el temps de recuperació característic dels díodes interns paral·lels IGBT. Com a resultat, hem produït pèrdues de commutació i sobrecàrregues actuals del MOSFET en circuits de mig pont.
Ara directament sobre la calor dissipada. L’àrea de l’estructura IGBT de semiconductor és més gran que la del MOSFET, per tant, la potència dissipada d’IGBT és més gran, però, la temperatura de transició augmenta de manera més intensa durant l’operació de la clau, per tant, és important triar el radiador a la clau correctament, calculant correctament el flux de calor, tenint en compte la resistència tèrmica de tots els límits. muntatge.
Els MOSFET també tenen pèrdues de calefacció més elevades a gran potència, superant amb escreix la pèrdua de l'obturador IGBT. Amb capacitats superiors a 300-500W i amb freqüències a la regió de 20-30 kHz, prevalen transistors IGBT.
En general, per a cada tasca trien el seu propi tipus de clau, i hi ha certes visions típiques sobre aquest aspecte. Els MOSFET són adequats per funcionar a freqüències superiors a 20 kHz amb tensions d'alimentació de fins a 300 V - carregadors, fonts d'alimentació de commutació, inversors compactes de poca potència, etc. - la gran majoria d'ells es munten avui a MOSFET.
Els IGBT funcionen bé en freqüències de fins a 20 kHz amb tensions d’alimentació de 1000 volts o més (convertidors de freqüència, SAI, etc.), és el segment d’equips d’energia de baixa freqüència per a transistors IGBT.
En el nínxol intermedi –de 300 a 1000 volts, a freqüències de l’ordre de 10 kHz–, la selecció d’un commutador de semiconductors de la tecnologia adequada es realitza de forma purament individual, amb un pes dels avantatges i contres, incloent preu, dimensions, eficiència i altres factors.
Mentrestant, és impossible dir inequívocament que en una situació típica l’adequada IGBT, i en l’altra - només MOSFET. Cal apropar-se de forma exhaustiva al desenvolupament de cada dispositiu específic. Segons la potència del dispositiu, el seu mode de funcionament, el règim tèrmic estimat, les dimensions acceptables, les característiques del circuit de control, etc.
I el més important: després d’haver escollit les claus del tipus requerit, és important que el desenvolupador determini els seus paràmetres amb precisió, ja que a la documentació tècnica (al full de dades), no tot correspon exactament a la realitat. Com més coneguts siguin els paràmetres, més eficaç i fiable serà el producte, independentment de si es tracta d’IGBT o MOSFET.
Vegeu tambéTransistors d'efecte bipolar i de camp: quina diferència hi ha?
Consulteu també a electro-ca.tomathouse.com
: