In elektronischen Schaltungen kommen häufig MOSFETs und IGBT-Röhren zum Einsatz. Beide können als Schaltelemente verwendet werden. Aussehen und Kennlinien von MOSFETs und IGBT-Röhren sind ebenfalls relativ ähnlich. Warum verwenden also manche Schaltungen MOSFETs und andere IGBT-Röhren?  
Werfen wir einen Blick auf den Unterschied zwischen MOS-Röhren und IGBT-Röhren!  
                 

Was ist eine MOS-Röhre?

Es gibt zwei Haupttypen von Feldeffekttransistoren, nämlich den Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) und den Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (MOS-Röhre).  
Die MOS-Röhre ist ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) mit der chinesischen Bezeichnung Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Da das Gate dieser Feldeffektröhre durch eine Isolierschicht isoliert ist, wird sie auch als isolierter Gate-Feldeffekttransistor bezeichnet.  
   
MOSFETs lassen sich in vier Kategorien einteilen: N-Kanal-Verarmungs- und Anreicherungstypen; P-Kanal-Verarmungs- und Anreicherungstypen.  
    MOSFET-Typen und Schaltsymbole  
Manche MOSFETs haben eine interne Diode, die als Body-Diode, parasitäre Diode oder Freilaufdiode bezeichnet wird.  
  Für die Rolle parasitärer Dioden gibt es zwei Erklärungen:  

• Die parasitäre Diode des MOSFET wird verwendet, um zu verhindern, dass die MOS-Röhre bei einer VDD-Überspannung durchbrennt, da die Diode, bevor die Überspannung die MOS-Röhre beschädigen kann, zuerst in Sperrrichtung durchbricht und einen großen Strom gegen Masse leitet, wodurch ein Durchbrennen der MOS-Röhre verhindert wird.
• Es verhindert das Durchbrennen des MOSFETs bei verpolten Source- und Drain-Anschlüssen. Außerdem leitet es die induzierte Rückspannung ab, um einen Durchbruch des MOSFETs zu verhindern.

Der MOSFET zeichnet sich durch hohe Eingangsimpedanz, schnelle Schaltgeschwindigkeit, gute thermische Stabilität, Spannungssteuerstrom usw. aus. In der Schaltung kann er als Verstärker, elektronischer Schalter usw. eingesetzt werden.  
                 

Was ist IGBT?

Ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist ein Verbindungshalbleiterbauelement, das aus einem Transistor und einer MOS-Röhre besteht.    
Als neuartiges elektronisches Halbleiterbauelement zeichnet sich der IGBT durch eine hohe Eingangsimpedanz, einen geringen Stromverbrauch bei der Spannungssteuerung, eine einfache Steuerschaltung, einen hohen Spannungswiderstand und eine hohe Stromtoleranz aus und findet daher breite Anwendung in verschiedenen elektronischen Schaltungen.  
   
Die Schaltsymbole für IGBTs sind noch nicht einheitlich. Beim Zeichnen von Schaltplänen werden daher üblicherweise Symbole für Trioden und MOSFETs verwendet. Anhand des im Schaltplan angegebenen Modells lässt sich erkennen, ob es sich um einen IGBT oder eine MOSFET handelt.  
Gleichzeitig sollten Sie auch darauf achten, ob der IGBT eine Body-Diode besitzt. Wenn diese auf dem Bild nicht gekennzeichnet ist, bedeutet das nicht, dass sie nicht vorhanden ist. Sofern in den offiziellen Daten nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, ist diese Diode vorhanden.  
   
Die im IGBT integrierte Body-Diode ist nicht parasitär, sondern dient speziell dem Schutz der empfindlichen Sperrspannung des IGBT. Sie wird auch als FWD (Freilaufdiode) bezeichnet.  
Es ist nicht schwer festzustellen, ob ein IGBT eine Body-Diode besitzt. Man kann dazu mit einem Multimeter die Widerstände an den Anschlüssen C und E des IGBT messen. Ist der IGBT in Ordnung und sind die gemessenen Widerstandswerte an den Anschlüssen C und E unendlich, bedeutet dies, dass der IGBT keine Body-Diode hat.  
IGBT eignet sich sehr gut für Anwendungen in Bereichen wie Wechselstrommotoren, Frequenzumrichter, Schaltnetzteile, Beleuchtungsschaltungen, Traktionsantriebe usw.  
                 

Strukturelle Eigenschaften von MOS-Röhren und IGBTs

Der innere Aufbau einer MOS-Röhre und einer IGBT-Röhre ist in der folgenden Abbildung dargestellt.  
   
Ein IGBT wird hergestellt, indem dem Drain eines MOSFET eine zusätzliche Schicht hinzugefügt wird.  
Die ideale Ersatzschaltung eines IGBT ist in der Abbildung unten dargestellt. Ein IGBT ist im Prinzip eine Kombination aus MOSFET und Transistor. MOSFETs haben den Nachteil eines hohen Einschaltwiderstands, der durch den IGBT jedoch ausgeglichen wird. Auch bei hohen Spannungen weist der IGBT einen niedrigen Einschaltwiderstand auf.    
Darüber hinaus kann die Schaltgeschwindigkeit von IGBTs im Vergleich zu MOSFETs mit ähnlicher Leistungsfähigkeit geringer sein, da IGBTs eine Ausschaltzeit aufweisen. Diese lange Ausschaltzeit führt zu einer verlängerten Totzeit, was die Schaltfrequenz beeinflusst.  
                 

Wählen Sie zwischen MOS-Röhre und IGBT.

Die Frage, ob in einer Schaltung MOSFETs oder IGBTs als Leistungsschaltröhren verwendet werden sollen, ist eine häufige Herausforderung für Ingenieure. Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Spannung, Stromstärke und Schaltleistung des Systems lassen sich folgende Punkte zusammenfassen:
 

Die Einsatzbedingungen beider Typen sind der Abbildung unten zu entnehmen. Der schattierte Bereich zeigt an, dass sowohl MOSFETs als auch IGBTs ausgewählt werden können, und „?“ kennzeichnet einen Wert, der mit dem aktuellen Verfahren nicht erreicht werden kann.  
   
Generell liegt der Vorteil von MOSFETs in ihren guten Hochfrequenzeigenschaften, die einen Betrieb bei Frequenzen von mehreren hundert kHz bis hin zu MHz ermöglichen. Der Nachteil besteht in ihrem hohen Einschaltwiderstand und dem hohen Stromverbrauch bei hohen Spannungen und Strömen. IGBTs hingegen eignen sich gut für niedrige Frequenzen und hohe Leistungen und zeichnen sich durch einen geringen Einschaltwiderstand und eine hohe Spannungsfestigkeit aus.  
MOSFETs werden in Schaltnetzteilen, Vorschaltgeräten, Hochfrequenz-Induktionserwärmungen, Hochfrequenz-Wechselrichter-Schweißgeräten, Kommunikationsnetzteilen und anderen Hochfrequenz-Stromversorgungsbereichen eingesetzt; IGBTs werden hauptsächlich in Schweißgeräten, Wechselrichtern, Frequenzumrichtern, elektrolytischen Stromversorgungen für die Galvanotechnik, Ultraschall-Induktionserwärmungen und anderen Bereichen eingesetzt.

Hinweis: Dieser Artikel wurde aus dem „21ic Electronic Network“ übernommen, das sich für den Schutz geistigen Eigentums einsetzt. Bitte geben Sie bei einer Weiterveröffentlichung die Originalquelle und den Autor an. Sollten Urheberrechte verletzt werden, bitten wir Sie, uns zu kontaktieren, damit wir den entsprechenden Artikel entfernen können.