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Quelle est la différence entre le tube MOS et l'IGBT ?
2022-03-17
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Dans les circuits électroniques, on trouve souvent des tubes MOS et des tubes IGBT, qui peuvent tous deux servir d'éléments de commutation. Leur apparence et leurs caractéristiques sont similaires. Alors pourquoi certains circuits utilisent-ils des tubes MOS et d'autres des tubes IGBT ?
Jetons un œil à la différence entre le tube MOS et le tube IGBT.
Qu’est-ce que le tube MOS ?
Il existe deux principaux types de transistors à effet de champ (TEC) : le TEC à jonction (JFET) et le TEC à grille isolée (MOS). MOS signifie MOSFET, dont le nom complet signifie transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur en chinois. La grille de ce transistor étant isolée par une couche isolante, on l'appelle aussi transistor à effet de champ à grille isolée.
Le MOSFET peut être divisé en type d'appauvrissement et type d'amélioration du canal N ; type d'appauvrissement et type d'amélioration du canal P.
MOSFET
Certains MOSFET ont une diode à l'intérieur, qui est une diode de corps, ou une diode parasite ou une diode de roue libre.
Il existe deux explications sur le rôle des diodes parasites :
Le MOSFET présente les caractéristiques d'une impédance d'entrée élevée, d'une vitesse de commutation rapide, d'une bonne stabilité thermique, d'un courant de contrôle de tension, etc. Il peut être utilisé comme amplificateur, commutateur électronique, etc. dans les circuits.
L'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor bipolaire à grille isolée, est un dispositif semi-conducteur composite composé d'un transistor et d'un transistor MOS.
En tant que nouveau type de dispositif électronique à semi-conducteur, l'IGBT présente les caractéristiques d'une impédance d'entrée élevée, d'une faible consommation d'énergie pour le contrôle de la tension, d'un circuit de contrôle simple, d'une résistance à haute tension, d'une tolérance au courant élevée, etc., et est largement utilisé dans divers circuits électroniques.
Les symboles des circuits IGBT ne sont pas encore unifiés. Lors du schéma, les symboles des triodes et des tubes MOS sont généralement empruntés.
À ce stade, le modèle indiqué sur le schéma permet de déterminer s'il s'agit d'un tube IGBT ou MOS. Vérifiez également si l'IGBT est équipé d'une diode. Son absence ne signifie pas qu'il n'en possède pas. Sauf indication contraire dans les données officielles, cette diode existe.
La diode interne du corps de l'IGBT n'est pas parasite, mais spécialement conçue pour protéger la fragile tension de tenue inverse de l'IGBT, également connue sous le nom de FWD (diode de roue libre).
Il est facile de déterminer si un IGBT contient une diode. Les pôles C et E de l'IGBT peuvent être mesurés à l'aide d'un multimètre. Si l'IGBT est en bon état et que les valeurs de résistance mesurées sont infinies, cela signifie qu'il ne contient pas de diode. L'IGBT est particulièrement adapté aux applications dans des domaines tels que les moteurs à courant alternatif, les convertisseurs de fréquence, les alimentations à découpage, les circuits d'éclairage, les systèmes de traction, etc.
La structure interne du tube MOS et du tube IGBT est illustrée dans la figure suivante.
L'IGBT est formé en ajoutant une couche au drain du MOSFET. Le circuit équivalent idéal de l'IGBT est illustré dans la figure suivante.
L'IGBT est en fait une combinaison de MOSFET et de transistor triode. Le MOSFET présente l'inconvénient d'une résistance à l'état passant élevée, mais l'IGBT surmonte ce défaut, tout en conservant une faible résistance à l'état passant à haute tension.
De plus, la vitesse de l'IGBT et du MOSFET avec une capacité de puissance similaire peut être plus lente que celle du MOSFET, car il y a un temps de coupure de l'IGBT, et le temps mort de l'IGBT sera prolongé en raison de son long temps de coupure, affectant ainsi la fréquence de commutation.
Dans un circuit, choisir un tube MOS ou un tube IGBT comme commutateur de puissance est un problème fréquent pour les ingénieurs. Si l'on prend en compte des facteurs tels que la tension, le courant et la puissance de commutation du système, les points suivants peuvent être résumés :
La figure suivante montre également que les conditions pour les deux sont utilisées. La zone ombrée indique que les MOSFET et les IGBT peuvent être sélectionnés, et le signe « ? » indique le niveau que le processus actuel ne peut pas atteindre.
D'une manière générale, les MOSFET présentent de bonnes caractéristiques haute fréquence, leur permettant de fonctionner à des fréquences allant de plusieurs centaines de kHz à plusieurs MHz. Cependant, ils présentent les inconvénients d'une résistance à l'état passant importante et d'une consommation électrique élevée sous haute tension et courant élevé. En revanche, les IGBT offrent d'excellentes performances à basse fréquence et à haute puissance, avec une faible résistance à l'état passant et une tension de tenue élevée.
Jetons un œil à la différence entre le tube MOS et le tube IGBT.
Qu’est-ce que le tube MOS ?
Il existe deux principaux types de transistors à effet de champ (TEC) : le TEC à jonction (JFET) et le TEC à grille isolée (MOS). MOS signifie MOSFET, dont le nom complet signifie transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur en chinois. La grille de ce transistor étant isolée par une couche isolante, on l'appelle aussi transistor à effet de champ à grille isolée.
Le MOSFET peut être divisé en type d'appauvrissement et type d'amélioration du canal N ; type d'appauvrissement et type d'amélioration du canal P.
MOSFET Certains MOSFET ont une diode à l'intérieur, qui est une diode de corps, ou une diode parasite ou une diode de roue libre.
Il existe deux explications sur le rôle des diodes parasites :
-
La diode parasite du MOSFET est utilisée pour empêcher le tube MOS de griller lorsque VDD est en surtension, car avant que la surtension n'endommage le tube MOS, la diode se décompose d'abord en sens inverse et le courant important va directement à la terre, empêchant ainsi le tube MOS de griller.
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Il peut empêcher le tube MOS de griller lorsque la source et le drain du tube MOS sont connectés de manière inversée, et peut également fournir un chemin pour la tension induite inverse lorsque le circuit a une tension induite inverse, de manière à empêcher la tension induite inverse de percer le tube MOS.
Le MOSFET présente les caractéristiques d'une impédance d'entrée élevée, d'une vitesse de commutation rapide, d'une bonne stabilité thermique, d'un courant de contrôle de tension, etc. Il peut être utilisé comme amplificateur, commutateur électronique, etc. dans les circuits.
Qu'est-ce que l'IGBT ?
L'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor bipolaire à grille isolée, est un dispositif semi-conducteur composite composé d'un transistor et d'un transistor MOS.
En tant que nouveau type de dispositif électronique à semi-conducteur, l'IGBT présente les caractéristiques d'une impédance d'entrée élevée, d'une faible consommation d'énergie pour le contrôle de la tension, d'un circuit de contrôle simple, d'une résistance à haute tension, d'une tolérance au courant élevée, etc., et est largement utilisé dans divers circuits électroniques.
Les symboles des circuits IGBT ne sont pas encore unifiés. Lors du schéma, les symboles des triodes et des tubes MOS sont généralement empruntés.
À ce stade, le modèle indiqué sur le schéma permet de déterminer s'il s'agit d'un tube IGBT ou MOS. Vérifiez également si l'IGBT est équipé d'une diode. Son absence ne signifie pas qu'il n'en possède pas. Sauf indication contraire dans les données officielles, cette diode existe.
La diode interne du corps de l'IGBT n'est pas parasite, mais spécialement conçue pour protéger la fragile tension de tenue inverse de l'IGBT, également connue sous le nom de FWD (diode de roue libre).
Il est facile de déterminer si un IGBT contient une diode. Les pôles C et E de l'IGBT peuvent être mesurés à l'aide d'un multimètre. Si l'IGBT est en bon état et que les valeurs de résistance mesurées sont infinies, cela signifie qu'il ne contient pas de diode. L'IGBT est particulièrement adapté aux applications dans des domaines tels que les moteurs à courant alternatif, les convertisseurs de fréquence, les alimentations à découpage, les circuits d'éclairage, les systèmes de traction, etc.
Caractéristiques structurelles du transistor MOS et de l'IGBT
La structure interne du tube MOS et du tube IGBT est illustrée dans la figure suivante.
L'IGBT est formé en ajoutant une couche au drain du MOSFET. Le circuit équivalent idéal de l'IGBT est illustré dans la figure suivante.
L'IGBT est en fait une combinaison de MOSFET et de transistor triode. Le MOSFET présente l'inconvénient d'une résistance à l'état passant élevée, mais l'IGBT surmonte ce défaut, tout en conservant une faible résistance à l'état passant à haute tension.
De plus, la vitesse de l'IGBT et du MOSFET avec une capacité de puissance similaire peut être plus lente que celle du MOSFET, car il y a un temps de coupure de l'IGBT, et le temps mort de l'IGBT sera prolongé en raison de son long temps de coupure, affectant ainsi la fréquence de commutation.
Choisissez un tube MOS ou IGBT.
Dans un circuit, choisir un tube MOS ou un tube IGBT comme commutateur de puissance est un problème fréquent pour les ingénieurs. Si l'on prend en compte des facteurs tels que la tension, le courant et la puissance de commutation du système, les points suivants peuvent être résumés :
La figure suivante montre également que les conditions pour les deux sont utilisées. La zone ombrée indique que les MOSFET et les IGBT peuvent être sélectionnés, et le signe « ? » indique le niveau que le processus actuel ne peut pas atteindre.
D'une manière générale, les MOSFET présentent de bonnes caractéristiques haute fréquence, leur permettant de fonctionner à des fréquences allant de plusieurs centaines de kHz à plusieurs MHz. Cependant, ils présentent les inconvénients d'une résistance à l'état passant importante et d'une consommation électrique élevée sous haute tension et courant élevé. En revanche, les IGBT offrent d'excellentes performances à basse fréquence et à haute puissance, avec une faible résistance à l'état passant et une tension de tenue élevée.
Le MOSFET est utilisé dans l'alimentation à découpage, le ballast, le chauffage par induction haute fréquence, la machine de soudage par onduleur haute fréquence, l'alimentation de communication et d'autres domaines d'alimentation haute fréquence ; l'IGBT est largement utilisé dans la machine de soudage, l'onduleur, le convertisseur de fréquence, l'alimentation électrolytique par galvanoplastie, le chauffage par induction par ultrasons et d'autres domaines.
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