ماسفت در مقابل IGBT: تفاوت چیست و کدام ترانزیستور بهتر است؟
ماسفت یا IGBT
وقتی صحبت از برنامه های SMPS می شود، هر دو ترانزیستور مزایای خود را دارند، اما کدام یک برای شما مناسب است؟
امروزه انواع مختلفی از ترانزیستورهای منبع تغذیه سوئیچ (SMPS) وجود دارد.
دو مورد از محبوب‌ترین نسخه‌های آن ترانزیستور اثر میدان نیمه‌رسانا اکسید فلز (MOSFET)
و ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق (IGBT) هستند. از نظر تاریخی، فرکانس های سوئیچینگ کم ولتاژ،
جریان کم و بالا به نفع ماسفت ها هستند. از سوی دیگر، فرکانس های سوئیچینگ با ولتاژ بالا، جریان بالا و پایین، به نفع IGBT ها هستند.
ماسفت یا IGBT کدام بهتر است؟
در حالی که همه در مورد اینکه کدام دستگاه در یک برنامه SMPS بهترین عملکرد را دارد، نظر دارند،
حقیقت این است: هیچ استاندارد جهانی برای تعیین اینکه کدام دستگاه عملکرد بهتری را در یک نوع
مدار خاص ارائه می دهد وجود ندارد. از کاربردهای مختلف متفاوت است و طیف وسیعی از عوامل
مانند سرعت، اندازه و هزینه، همگی در تعیین انتخاب مناسب نقش دارند.
بنابراین، به جای اینکه بگوییم یکی کاملاً بهتر از دیگری است، در اینجا یک مرور کلی در مورد تفاوت های بین هر دو ترانزیستور وجود دارد.
ماسفت
ماسفت یک سوئیچ با سه ترمینال (دریچه، تخلیه و منبع) با کنترل کامل است.
سیگنال گیت/کنترل بین گیت و منبع رخ می دهد و پایانه های سوئیچ آن تخلیه و منبع هستند.
خود دروازه از فلز ساخته شده است که با استفاده از اکسید فلزی از منبع جدا شده و تخلیه می شود.
این امکان مصرف انرژی کمتری را فراهم می کند و ترانزیستور را به یک انتخاب عالی برای استفاده
به عنوان سوئیچ الکترونیکی یا تقویت کننده منبع مشترک تبدیل می کند.
به منظور عملکرد صحیح، ماسفت ها باید ضریب دمایی مثبت را حفظ کنند.
این بدان معناست که احتمال فرار حرارتی بسیار کم است. تلفات در حالت
کمتر است زیرا مقاومت ترانزیستور در حالت حالت، از لحاظ نظری، محدودیتی ندارد.
همچنین، از آنجایی که ماسفت ها می توانند در فرکانس های بالا کار کنند، می توانند
برنامه های سوئیچینگ سریع را با تلفات خاموش کردن کمی انجام دهند.
ماسفت های قدرتی
انواع مختلفی از ماسفت ها وجود دارد، اما یکی از قابل مقایسه ترین آنها با IGBT، ماسفت قدرتی است.
این به طور ویژه برای کنترل سطوح توان قابل توجه طراحی شده است. آنها فقط در حالت های “روشن”
یا “خاموش” استفاده می شوند، که منجر به پرکاربردترین کلید ولتاژ پایین آنها شده است.
در مقایسه با IGBT، یک ماسفت قدرت دارای مزایای سرعت کموتاسیون بالاتر و کارایی بیشتر
در حین کار در ولتاژهای پایین است. علاوه بر این، می تواند یک ولتاژ مسدود کننده
بالا را حفظ کند و جریان بالایی را حفظ کند. این به این دلیل است که اکثر ساختارهای ماسفت
های قدرتی عمودی هستند (نه مسطح). رتبه بندی ولتاژ آن تابع مستقیم دوپینگ و ضخامت
لایه N-اپیتاکسیال است و رتبه بندی جریان آن به عرض کانال مربوط می شود
(هرچه کانال گسترده تر باشد جریان بیشتر می شود). با توجه به کارایی،
ماسفت های قدرت در منابع تغذیه، مبدل های dc/dc و کنترل کننده های موتور ولتاژ پایین استفاده می شوند.
IGBT
IGBT یک سوئیچ با سه ترمینال (دروازه، کلکتور و امیتر) با کنترل کامل است.
سیگنال گیت/کنترل آن بین گیت و امیتر قرار می گیرد و پایانه های سوئیچ آن تخلیه و امیتر هستند.
IGBT ویژگی های گیت درایو ساده موجود در ماسفت را با قابلیت جریان بالا و ولتاژ اشباع پایین
ترانزیستور دوقطبی ترکیب می کند. این کار را با استفاده از یک ترانزیستور اثر میدان
گیت ایزوله برای ورودی کنترل و یک ترانزیستور قدرت دوقطبی به عنوان سوئیچ انجام می دهد.
IGBT برای روشن و خاموش شدن سریع طراحی شده است.
در واقع، فرکانس تکرار پالس آن در واقع به محدوده اولتراسونیک می رسد.
این قابلیت منحصر به فرد به همین دلیل است که IGBT ها اغلب با تقویت کننده
ها برای سنتز شکل موج های پیچیده با مدولاسیون عرض پالس و فیلترهای پایین
گذر استفاده می شوند. آنها همچنین برای تولید پالس‌های قدرت بزرگ در زمینه‌هایی مانند
فیزیک ذرات و پلاسما استفاده می‌شوند و نقشی در لوازم مدرن مانند ماشین‌های الکتریکی،
قطارها، یخچال‌های با سرعت متغیر، تهویه‌کننده‌ها و موارد دیگر ایجاد کرده‌اند.
مقایسه سازه ها
ساختار هر دو ترانزیستور بسیار شبیه است. وقتی نوبت به جریان الکترونی می‌رسد،
یک تفاوت مهم اضافه کردن یک لایه p-substrate در زیر لایه n-substrate در IGBT است.
در این لایه اضافی، سوراخ هایی به لایه n با مقاومت بسیار بالا تزریق می شود و یک
سرریز حامل ایجاد می کند. این افزایش رسانایی در لایه n به کاهش ولتاژ کل در حالت IGBT کمک می کند.
متأسفانه، جریان معکوس را نیز مسدود می کند. در نتیجه، یک دیود اضافی
(که اغلب به عنوان دیود “چرخ آزاد” نامیده می شود) به موازات IGBT قرار می گیرد تا جریان را در جهت مخالف هدایت کند.
عدم وجود حمل و نقل حامل اقلیت به ماسفت ها اجازه می دهد تا در فرکانس های بالاتر سوئیچ کنند.
با این حال، دو محدودیت وجود دارد: زمان عبور الکترون ها در منطقه رانش و زمان مورد نیاز برای شارژ/تخلیه ga ورودی.
ماسفت ها:
• بهبود سرعت سوئیچینگ.
• عملکرد دینامیکی بهبود یافته که به نیروی کمتری از راننده نیاز دارد.
• ظرفیت بازخورد دروازه به تخلیه کمتر
• امپدانس حرارتی کمتر که به نوبه خود اتلاف توان بسیار بهتری را ممکن می سازد
• زمان های خیز و سقوط کمتر، که امکان عملکرد در فرکانس های سوئیچینگ بالاتر را فراهم کرده است
IGBT ها:
• بهبود تکنیک های تولید که منجر به کاهش هزینه شده است
• بهبود دوام در برابر بارهای اضافه
• به اشتراک گذاری جریان موازی بهبود یافته است
• شکل موج های روشن/خاموش سریعتر و روانتر
• کاهش تلفات در حالت روشن و سوئیچینگ
• امپدانس حرارتی کمتر
• ظرفیت ورودی کمتر
درج دیدگاه