MOSFET vs. IGBT

In de wereld van stroomelektronica is het kiezen van het juiste halfgeleiderapparaat erg belangrijk voor het verbeteren van de prestaties, efficiëntie en betrouwbaarheid van elektronische systemen.Twee populaire opties zijn silicium geïsoleerde poort bipolaire transistors (SI IGBT's) en siliciumcarbide metaal-oxide-halfgeleider veldeffecttransistoren (SIC MOSFET's).Elk van deze apparaten heeft unieke functies en voordelen, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingen.Dit artikel verklaart de belangrijkste verschillen tussen SI IGBT's en SIC MOSFETS, waarbij ze hun kenmerken, voor-, voor- en nadelen bespreken en hoe ze de omvormertechnologie beïnvloeden, vooral in motoraandrijvingssystemen.Door deze verschillen te begrijpen, kunnen ingenieurs en ontwerpers betere beslissingen nemen om hun stroomelektronica -projecten te verbeteren.

Catalogus

Figuur 1: MOSFET versus IGBT

Inzicht in si igbts en sic mosfets

Sic mosfets

Siliciumcarbide metaal-oxide-halfgeleider veldeffect transistoren (SIC MOSFET's) werken door de spanning te regelen die op hun poortsterminal wordt toegepast.Een van de belangrijkste voordelen van SIC MOSFET's is hun sterke weerstand tegen thermische wegloper, een toestand waarbij een toename van de temperatuur tot verdere temperatuurstijgingen leidt, waardoor mogelijk apparaatfout veroorzaakt.Deze weerstand is grotendeels te wijten aan de betere warmtegeleidbaarheid van siliciumcarbide (SIC) in vergelijking met normaal silicium.De hoge warmtegeleiding van SiC zorgt voor effectieve warmteafwijking op apparaatniveau, waardoor stabiele bedrijfstemperaturen zelfs onder hoge vermogensomstandigheden worden gehouden.

Dit vermogen om warmte te beheren is erg belangrijk in omgevingen met hoge temperaturen, zoals die in auto's en industriële omgevingen.In deze situaties zijn de betrouwbaarheid en efficiëntie van elektronische onderdelen erg belangrijk en bieden SIC MOSFET's een sterke oplossing.Hun vermogen om de prestaties te behouden en oververhitting te voorkomen onder moeilijke omstandigheden, maakt hen zeer wenselijk voor stroomelektronica, waarbij het beheren van warmte een grote zorg is.

Si igbts

Silicium-geïsoleerde poort bipolaire transistoren (SI IGBT's) zijn halfgeleiderapparaten die worden bestuurd door stroom, die werken door een stroom toe te passen op de gate-terminal.Deze transistoren worden vaak gebruikt in toepassingen die directe stroom (DC) converteren naar wisselstroom (AC), vooral in motoraandrijvingen.De aantrekkingskracht van SI IGBT's is hun vermogen om hoge stromen effectief af te handelen.Ze bieden ook snelle schakelsnelheden, wat erg belangrijk is voor toepassingen die snelle en precieze stroomregeling nodig hebben.

Wat de elektrische kenmerken betreft, hebben SI IGBT's een hoogspanningsclassificatie, waardoor ze veilig kunnen werken onder hoogspanningsomstandigheden.Ze hebben ook een lage spanningsval over het apparaat bij het uitvoeren van stroom, wat leidt tot lagere vermogensverliezen en een betere efficiëntie.Bovendien hebben SI IGBT's lage geleidingsverliezen, wat betekent dat ze minder vermogen gebruiken wanneer de transistor zich in de 'On' -status bevindt, waardoor de algehele prestaties van het systeem worden verbeterd.

Deze kwaliteiten maken SI IGBT's vooral geschikt voor krachtige motoraandrijvingen, zoals die in productiesystemen.Hun sterke prestaties in deze zware omgevingen zijn te wijten aan hun vermogen om grote stromen en spanningen effectief te veranderen, waardoor ze een betaalbare en betrouwbare keuze zijn voor het beheersen van krachtige motoren.

Omvormers en hun impact op motoraandrijvingssystemen

Figuur 2: Omvormers en hun impact op motoraandrijvingssystemen

In Motor Drive -toepassingen spelen omvormers een belangrijke rol bij het wijzigen van Direct Current (DC) van batterijsystemen in een wisselstroom (AC), die elektromotoren moeten uitvoeren.Deze wijziging is zeer noodzakelijk voor elektrische voertuigen, waar grote batterijpakketten het DC -vermogen geven dat nodig is.Omvormers behandelen veel belangrijke onderdelen van motorprestaties, waaronder snelheid, koppel, vermogen en efficiëntie.Ze helpen ook bij regeneratief remmen, een functie die energie vastlegt tijdens het remmen en het terug in de batterij stuurt, waardoor het hele systeem energiezuiniger wordt.

Het type omvormer dat wordt gebruikt, heeft grote invloed op hoe goed het motoraandrijfsysteem werkt.Historisch gezien zijn twee soorten omvormers veel gebruikt: silicium geïsoleerde poort bipolaire transistoren (SI IGBT's) en siliciumcarbide metaal-oxide-halfgeleider veldeffect transistoren (SIC MOSFET's).

SI IGBT's zijn de standaardkeuze omdat ze betrouwbaar zijn en de productieprocessen voor hen zijn goed ingeburgerd.SIC MOSFET's worden echter steeds populairder omdat ze beter presteren.SIC MOSFET's hebben lagere schakelverliezen, betere warmtegeleiding en kunnen werken bij hogere frequenties en temperaturen in vergelijking met Si IgBT's.Deze voordelen leiden tot een betere efficiëntie, minder behoefte aan koeling en de mogelijkheid om kleinere en lichtere motoraandrijvingen te ontwerpen.

In eerste instantie beperkten de hoge kosten van SIC MOSFETS hun gebruik tot high-end of speciale toepassingen.Verbeteringen in productietechnologie en massaproductie hebben echter de kosten van SIC -apparaten sterk verlaagd, waardoor ze een praktische en aantrekkelijke optie zijn voor een breder scala aan motoraandrijving.Deze kostenreductie, samen met hun prestatievoordelen, heeft geleid tot meer gebruik van SIC MOSFET's in verschillende industrieën, waaronder automotive, industriële automatisering en sectoren voor hernieuwbare energie.

Voordelen en nadelen van si igbts en sic mosfets

Si igbts (silicium geïsoleerde poort bipolaire transistors)

Siliconen geïsoleerde poort bipolaire transistoren (SI IGBT's) worden veel gebruikt in krachtige toepassingen vanwege hun sterke prestatie-eigenschappen.Hier is een gedetailleerde blik op hun voor- en nadelen:

• Voordelen van si igbts

Verwerkt grote stromingen goed: SI IGBT's zijn erg goed in het efficiënt beheren van grote stromingen.Dit maakt ze een goede keuze voor toepassingen die grote stroombelastingen moeten verwerken, zoals industriële machines en elektrische voertuigen.

Snelle schakelsnelheid: SI IGBT's kunnen snel in- en uitschakelen, wat hun prestaties verbetert in systemen die snelle veranderingen in de huidige stroom nodig hebben.Deze snelle schakelvermogen is nuttig voor toepassingen die snelle veranderingen vereisen, wat leidt tot betere responsiviteit en prestaties.

Lage kosten: Het productieproces voor SI IGBT's is volwassen en gevestigd, wat resulteert in lagere productiekosten.Dit kostenvoordeel maakt SI IGBT's een budgetvriendelijke keuze voor veel krachtige toepassingen, waardoor de totale systeemkosten laag worden gehouden.

Kan hoogspanningen aankunnen: SI IGBT's kunnen hoogspanningen weerstaan, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die op hoogspanningsniveaus werken.Dit vermogen is met name nuttig in stroomoverdrachts- en distributiesystemen waar hoogspanningsuithoudingsvermogen nodig is.

Verlies met weinig energie: SI IGBT's hebben minimale spanningsdaling en geleidingsverliezen bij het uitvoeren van stroom.Deze efficiëntie vertaalt zich in verminderd energieverlies en verbeterde algehele systeemprestaties, wat goed is voor het handhaven van een hoge efficiëntie van vermogensgevoelige toepassingen.

• Nadelen van si igbts

Vatbaar voor oververhitting: In krachtige toepassingen, zoals die in elektrische voertuigen of industriële systemen, kunnen SI IGBT's oververhit raken.Deze oververhitting kan leiden tot thermische wegloper, een toestand waarbij de stijgende temperatuur de temperatuur verdere toename veroorzaakt, wat mogelijk leidt tot apparaatfout.Dit risico op thermische problemen vormt een betrouwbaarheidsprobleem in krachtige situaties.

Langzame afslagtijden: In vergelijking met sommige nieuwere halfgeleiderapparaten duurt het langer om SI IGBT's uit te schakelen.Deze langzamere afslag kan hun effectiviteit beperken in toepassingen die zeer snel schakelen nodig hebben, zoals hoogfrequente omvormers of geavanceerde motorbesturingssystemen.De langzamere uitschakeltijd kan leiden tot verhoogde schakelverliezen en een verminderde algehele efficiëntie in dergelijke toepassingen.

SIC MOSFETS (siliciumcarbide metaal-oxide-halfgeleider veld-effect transistoren)

In motoraandrijvingstoepassingen, kiezen tussen silicium geïsoleerde poort bipolaire transistoren (SI IGBT's) en siliciumcarbide metaal-oxide-halfgeleider veldeffecttransistoren (SIC MOSFET's) beïnvloedt de prestaties en efficiëntie van het systeem aanzienlijk.Inzicht in de voor- en nadelen van SIC MOSFETS helpt verklaren waarom ze een populaire keuze worden in veel krachtige toepassingen ondanks enkele uitdagingen.

• Voordelen van SIC MOSFETS

Hogere efficiëntie: SIC MOSFET's hebben een lagere geleiding en schakelverliezen in vergelijking met SI IGBT's.Deze verbeterde efficiëntie vermindert het energieverbruik en verhoogt de algehele prestaties van het motoraandijfingssysteem.Lagere verliezen betekenen dat minder energie wordt verspild als warmte, wat leidt tot effectiever vermogensgebruik.

Beter warmtebeheer: Siliciumcarbide geleidt warmte beter dan silicium.Hierdoor kunnen SIC MOSFET's effectiever omgaan met warmte, waardoor hun prestaties en betrouwbaarheid worden bijgehouden, zelfs onder krachtige omstandigheden.Beter warmtebeheer vermindert de behoefte aan uitgebreide koelsystemen, waardoor het ontwerp eenvoudiger wordt en kosten besparen.

Sneller schakelen: SIC MOSFET's kunnen werken op veel hogere schakelfrequenties dan SI IGBT's.Snellere schakelen zorgt voor een nauwkeurigere controle van de motor en kan de prestaties verbeteren in toepassingen die snel schakelen nodig hebben.Dit is vooral handig bij stations voor elektrische voertuigen en industriële motorcontrole, waar efficiëntie en snelle responstijden erg belangrijk zijn.

Hogere spanningsafhandeling: SIC MOSFET's kunnen hogere spanningen beheren dan SI IGBT's, waardoor ze geschikt zijn voor hoogspanningstoepassingen.Deze hogere spanningstolerantie is nuttig in power grid interfaces en krachtige industriële drives, waar sterke spanningsbehandeling nodig is.

Kleiner formaat: Vanwege hun betere efficiëntie en warmte -eigenschappen kunnen SIC MOSFET's kleiner worden gemaakt dan hun silicium -tegenhangers.Deze vermindering van de grootte is goed voor het creëren van meer compacte en lichtgewicht systemen, wat met name waardevol is in toepassingen zoals elektrische voertuigen, waar spaarruimte en gewicht erg belangrijk zijn.

• Nadelen van SIC MOSFETS

Hogere kosten: SIC MOSFETS maken is complexer en duurder dan het maken van SI IGBT's.Deze hogere productiekosten leiden tot een hogere aankoopprijs, wat een barrière kan zijn, vooral in kostengevoelige toepassingen.Naarmate de productie echter verbetert en grotere hoeveelheden worden geproduceerd, dalen deze kosten geleidelijk.

Beperkt marktgebruik: Als nieuwere technologie zijn SIC MOSFET's nog niet zo breed overgenomen als Si IgBts.Dit beperkte gebruik kan leiden tot minder beschikbare componenten en minder ondersteuning, waardoor het voor ingenieurs moeilijker is om onderdelen te vinden en technische hulp te krijgen.In de loop van de tijd, naarmate SIC -technologie vaker voorkomt, wordt verwacht dat deze beperking wordt verminderd.

Complexe drive -behoeften: SIC MOSFET's hebben vaak meer geavanceerde aandrijfcircuits nodig in vergelijking met SI IGBT's.De complexiteit van dit aandrijfcircuit kan het totale systeemontwerp bemoeilijken en mogelijk de ontwikkelingskosten verhogen.Ingenieurs moeten deze circuits zorgvuldig ontwerpen en implementeren om volledig te profiteren van SIC -technologie.

Verbeterde omvormertechnologie met SIC MOSFETS

Figuur 3: Vergelijking van Si -oplossing van de stroomkastje versus SIC -oplossing voor omvormers van de motoraandrijving

Siliconencarbide MOSFET's (SIC MOSFET's) hebben de omvormertechnologie in motoraandrijving sterk verbeterd en bieden veel voordelen ten opzichte van silicium geïsoleerde poort bipolaire transistoren (SI IGBT's).SIC MOSFET's kunnen werken met veel hogere schakelsnelheden vanwege hun lagere schakelverliezen, waardoor een meer nauwkeurige controle van de motorsnelheid en het koppel mogelijk is.Ze verwerken ook warmte beter, wat betekent dat ze effectiever van warmte afkomen en de behoefte aan grote koelsystemen verminderen.Dit leidt tot kleinere en lichtere omvormerontwerpen, wat vooral goed is voor elektrische voertuigen.

SIC MOSFET's kunnen ook bij hogere temperaturen werken, waardoor de betrouwbaarheid en de levensduur van motoraandrijvingssystemen in zware omstandigheden worden vergroot.Hoewel SI IGBT's nog steeds kunnen worden gebruikt in goedkopere toepassingen of waar hoge schakelsnelheden en warmtebeheer minder zorgvuldig zijn, maken de efficiëntie, betere warmteafhandeling en hogere prestaties van SIC MOSFET's ze perfect voor krachtige en betrouwbare motoraandrijving,inclusief elektrische voertuigen en industriële automatisering.

Belangrijkste verschillen tussen IGBT's en MOSFET's

Parameter	IGBT	Mosfet
Spanningsbereik	600V tot 6500V (gemeenschappelijke hoogspanningstoepassingen)	20V tot 1000V (gemeenschappelijke lage tot middelgrote spanningstoepassingen)
Typische toepassingen	Hoge spanning, toepassingen met hoge stroom, bijv. Power Grids, industrieel Motoren en omvormers	Lage tot middelgrote spanningstoepassingen, bijvoorbeeld voedingen, audio versterkers en motorcontrollers
On-state spanningsdaling (vCE of VDs))	Hogere spanningsval, meestal 2V tot 4V	Lagere spanningsval, meestal 0,1 V tot 1V
Schakelsnelheid	Lagere schakelsnelheid (meer geschikt voor lagere frequentie Toepassingen)	Snellere schakelsnelheid (meer geschikt voor hoogfrequente toepassingen)
Geleidingsverliezen	Hoger vanwege een bipolaire aard en een hogere spanningsdaling	Lager vanwege de unipolaire aard en een lagere spanningsdaling
Verliezen	Hoger vanwege de lagere schakelsnelheid	Lager vanwege de snellere schakelsnelheid
Thermische stabiliteit	Betere thermische prestaties bij hogere vermogensniveaus	Beperkte thermische prestaties in vergelijking met IGBT's
Controle complexiteit	Een gemakkelijkere poortaandrijfvereisten, meestal met spanning gecontroleerd	Vereist meestal complexere poortaandrijfcircuits huidige gecontroleerd
Robuustheid	Over het algemeen beter kortsluiting	Typisch een lagere kortsluiting bestand tegen mogelijkheden
Kosten	Over het algemeen hoger voor equivalente spanningsbeoordelingen	Over het algemeen lager voor equivalente spanningsbeoordelingen

Type apparaat

Figuur 4: Type apparaat - MOSFET en IGBT -symboolvergelijking

IGBT's (geïsoleerde poort bipolaire transistoren) zijn een mix van MOSFET's (metaal-oxide-halfgeleider veld-effect transistoren) en bipolaire transistoren.Ze hebben een spanningsgecontroleerde poort zoals MOSFET's, waardoor het omschakelen gemakkelijk wordt.Ze hebben ook een bipolair-achtige stroomvermogen, waardoor ze hoge vermogensniveaus kunnen verwerken.MOSFETS daarentegen zijn alleen spanningsgestuurde transistoren.De stroom van stroom tussen hun bron- en afvoerterminals wordt geregeld door de spanning die op de poort wordt toegepast.

Spanningsbeoordeling

Figuur 5: Afvoer/Collector -spanning VS.Stroom voor MOSFET en IGBT

Voor spanningsbeoordeling zijn IGBT's beter voor hoogspanningsgebruik, variërend van honderden tot duizenden volt.Dit maakt ze geschikt voor krachtige toepassingen zoals motoraandrijvingen en stroomomorders.MOSFET's worden meestal gebruikt in lagere tot middelgrote spanningstoepassingen, variërend van tientallen tot honderden volt, die gebruikelijk zijn in elektronische schakelcircuits en spanningsregelaars.

Huidige afhandeling

Figuur 6: Vd-ID-kenmerken bij 25 ° C en 150 ° C voor MOSFET en IGBT

In termen van de huidige behandeling zijn IGBT's geweldig voor toepassingen met hoge stroom vanwege hun bipolaire stroomvervoercapaciteit.Dit maakt ze nuttig in krachtige instellingen.MOSFET's worden echter meestal gebruikt voor lagere tot matige stroomtoepassingen, waar hoge efficiëntie en snel schakelen nodig zijn.

Schakelsnelheid

Schakelsnelheid is een ander groot verschil.IGBT's schakelen langzamer dan MOSFET's, wat prima is voor toepassingen waar snel schakelen niet nodig is.Aan de andere kant zijn MOSFET's gemaakt voor hoogfrequent gebruik en bieden ze snellere schakelsnelheden.Dit maakt ze geschikt voor applicaties zoals voedingen en converters die snel en efficiënt schakelen nodig hebben.

Efficiëntie

Efficiëntie varieert tussen IGBT's en MOSFET's op basis van spanning en stroomniveaus.IGBT's hebben lagere geleidingsverliezen bij hoogspanningen en stromen, waardoor ze efficiënter zijn in krachtige toepassingen.MOSFET's zijn echter efficiënter bij lage spanningen en stromen vanwege hun lage onresistentie- en snelle schakelmogelijkheden.

Toepassingen

Figuur 7: MOSFET Basisstructuur VS.IGBT basisstructuur

Het gebruik van deze apparaten weerspiegelt hun sterke punten.IGBT's worden vaak gebruikt in krachtige situaties zoals motoraandrijvingen, stroomomvormers en inductieverwarmingssystemen vanwege hun vermogen om hoge spanning en stroom aan te kunnen.MOSFET's zijn beter voor toepassingen die prioriteit geven aan snel schakelen en efficiëntie bij lagere vermogensniveaus, zoals elektronische schakelcircuits en spanningsregelaars.

Gate Drive -vereisten

Ten slotte verschillen de vereisten van de poortaandrijving tussen IGBT's en MOSFET's.IGBT's hebben een positieve spanning op de poort nodig ten opzichte van de emitter om in te schakelen en uit te schakelen door de poortspanning te verminderen.MOSFETS heeft echter een positieve spanning op de poort nodig ten opzichte van de bron voor zowel in- als uit, waardoor hun gate -drive eenvoudiger en eenvoudiger wordt.

Conclusie

Zowel SI IGBT's als SIC MOSFET's hebben unieke sterke punten die passen bij verschillende krachtige toepassingen.SI IGBT's zijn geweldig in het omgaan met grote stromingen en hoogspanningen en zijn goedkoper om te produceren, waardoor ze betrouwbaar zijn voor traditionele toepassingen zoals industriële motoren en elektriciteitsnetten.Ze kunnen echter oververhit raken en langzamer schakelen, wat een probleem kan zijn in high-speed of zeer hete omgevingen.

Aan de andere kant verwerken SIC MOSFET's warmte beter, schakelen ze sneller en zijn ze efficiënter, waardoor ze een favoriet zijn voor moderne toepassingen zoals elektrische auto's en krachtige industriële systemen.Hoewel ze in het begin meer kosten en meer complexe aandrijfcircuits nodig hebben, verminderen voortdurende verbeteringen in SIC -technologie deze problemen, wat leidt tot breder gebruik.

De keuze tussen SI IGBT's en SIC MOSFETS hangt af van de specifieke behoeften van de toepassing, zoals spanning en stroomniveaus, schakelsnelheid en warmtebeheer.Door de sterke punten van elk apparaat te gebruiken, kunnen ingenieurs betere elektronische systemen ontwerpen en bouwen, waardoor verbeteringen en efficiëntie in verschillende technologievelden worden gestimuleerd.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Wat is betere IGBT of MOSFET?

De keuze tussen IGBT en MOSFET hangt af van waar u het voor nodig hebt.MOSFET's zijn over het algemeen beter voor lage tot middelgrote stroomtaken die snelle schakelsnelheden en goed warmtebeheer nodig hebben.Ze zijn goed voor dingen als voedingen en motorcontrollers.IGBT's daarentegen zijn beter voor krachtige taken omdat ze grotere stromingen en hogere spanningen aankan, waardoor ze ideaal zijn voor industriële motoren en stroomomvormers.

2. Kan IGBT MOSFET vervangen?

Soms kunnen IGBT's MOSFET's vervangen, vooral bij krachtige taken waarbij het hanteren van grote stromen en spanningen zeer nodig is.Omdat IGBT's echter langzamer schakelen en warmte afhandelen, zijn ze misschien niet goed voor taken die zeer snel schakelen en lage vermogensverlies nodig hebben, waarbij MOSFET's beter zijn.

3. Hoe weet ik of ik IGBT of MOSFET heb?

Controleer het onderdeelnummer en de details van de maker om erachter te komen of u een IGBT of MOSFET hebt.Datasheets zullen u vertellen of het apparaat een IGBT of een MOSFET is.Ze kunnen er op elkaar lijken, dus u moet de documentatie of markeringen op de component controleren.

4. Wat is het snelste schakelapparaat IGBT of MOSFET?

MOSFET's zijn over het algemeen de snelste schakelapparaten in vergelijking met IGBT's.Ze kunnen schakelen met veel hogere snelheden, waardoor ze geschikt zijn voor taken die snel schakelen nodig hebben, zoals in voedingen en hoogfrequente omvormers.

5. Hoe weet ik of ik IGBT of MOSFET heb?

U kunt erachter komen of u een IGBT of MOSFET hebt door naar de markeringen van de component te kijken en deze te vergelijken met datasheets of makerdetails.Deze documenten geven gedetailleerde informatie over het type halfgeleiderapparaat, inclusief of het een IGBT of een MOSFET is.