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Qual è la differenza tra tubo MOS e IGBT?
2022-03-17
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Nei circuiti elettronici, i tubi MOS e gli IGBT sono spesso utilizzati come elementi di commutazione. I tubi MOS e gli IGBT sono simili nell'aspetto e nei parametri caratteristici. Perché allora alcuni circuiti utilizzano tubi MOS e altri tubi IGBT?
Diamo un'occhiata alla differenza tra tubo MOS e tubo IGBT.
Cos'è il tubo MOS?
Esistono due tipi principali di FET: il FET a giunzione (JFET) e il FET a gate isolato (MOS). MOS è MOSFET, il cui nome completo in cinese è transistor a effetto di campo a semiconduttore metallo-ossido. Poiché il gate di questo transistor a effetto di campo è isolato da uno strato isolante, è anche chiamato transistor a effetto di campo a gate isolato.
I MOSFET possono essere suddivisi in tipo a deplezione e tipo a potenziamento del canale N; tipo a deplezione e tipo a potenziamento del canale P.
MOSFET scheda madre
Alcuni MOSFET hanno un diodo al loro interno, che può essere un diodo di corpo, un diodo parassita o un diodo di ruota libera.
Esistono due spiegazioni sul ruolo dei diodi parassiti:
Il MOSFET ha le seguenti caratteristiche: elevata impedenza di ingresso, elevata velocità di commutazione, buona stabilità termica, corrente di controllo della tensione, ecc. Può essere utilizzato come amplificatore, interruttore elettronico, ecc. nei circuiti.
L'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor bipolare a gate isolato, è un dispositivo semiconduttore composito formato da un transistor e da un transistor MOS.
In quanto nuovo tipo di dispositivo elettronico a semiconduttore, l'IGBT presenta le seguenti caratteristiche: elevata impedenza di ingresso, basso consumo energetico per il controllo della tensione, circuito di controllo semplice, elevata resistenza alla tensione, elevata tolleranza alla corrente e così via, ed è ampiamente utilizzato in vari circuiti elettronici.
I simboli circuitali degli IGBT non sono ancora unificati. Nel disegno dello schema elettrico, vengono generalmente presi in prestito i simboli del triodo e del tubo MOS.
A questo punto, è possibile stabilire se si tratta di un tubo IGBT o MOS in base al modello indicato sullo schema elettrico. Allo stesso tempo, è importante verificare se l'IGBT ha un diodo di corpo. Se non è indicato in figura, non significa che non ce l'abbia. A meno che i dati ufficiali non contengano istruzioni specifiche, questo diodo esiste.
Il diodo interno dell'IGBT non è parassita, ma è appositamente progettato per proteggere la fragile tensione inversa di tenuta dell'IGBT, nota anche come FWD (diodo a ruota libera).
Non è difficile valutare se all'interno dell'IGBT è presente un diodo di corpo. I poli C ed E dell'IGBT possono essere misurati con un multimetro. Se l'IGBT è in buone condizioni e i valori di resistenza dei poli C ed E misurati sono infiniti, significa che l'IGBT non ha un diodo di corpo. L'IGBT è particolarmente adatto per applicazioni in settori quali motori a corrente alternata, convertitori di frequenza, alimentatori switching, circuiti di illuminazione, sistemi di trazione, ecc.
La struttura interna del tubo MOS e del tubo IGBT è mostrata nella figura seguente.
L'IGBT viene formato aggiungendo uno strato al drain del MOSFET. Il circuito equivalente ideale dell'IGBT è mostrato nella figura seguente.
L'IGBT è in realtà una combinazione di MOSFET e transistor triodo. Il MOSFET ha lo svantaggio di un'elevata resistenza di conduzione, ma l'IGBT supera questo inconveniente e mantiene una bassa resistenza di conduzione ad alta tensione.
Inoltre, la velocità di IGBT e MOSFET con capacità di potenza simile potrebbe essere più lenta di quella di MOSFET, perché c'è un tempo di coda di spegnimento dell'IGBT e il tempo morto dell'IGBT sarà prolungato a causa del suo lungo tempo di coda di spegnimento, influenzando così la frequenza di commutazione.
Nel circuito, la scelta tra un tubo MOS o un tubo IGBT come valvola di commutazione di potenza è un problema che gli ingegneri incontrano spesso. Se si considerano fattori come tensione, corrente e potenza di commutazione del sistema, si possono riassumere i seguenti punti:
Dalla figura seguente si può anche vedere che vengono utilizzate le condizioni per entrambi. L'area ombreggiata indica che è possibile selezionare sia MOSFET che IGBT, mentre "?" indica il livello che il processo corrente non può raggiungere.
In generale, i MOSFET presentano il vantaggio di buone caratteristiche ad alta frequenza, potendo operare a frequenze comprese tra diverse centinaia di kHz e fino a MHz, ma presentano gli svantaggi di un'elevata resistenza di conduzione e di un elevato consumo energetico in situazioni di alta tensione e alta corrente. Gli IGBT, invece, offrono prestazioni eccellenti a bassa frequenza e alta potenza, con una bassa resistenza di conduzione e un'elevata tensione di tenuta.
Diamo un'occhiata alla differenza tra tubo MOS e tubo IGBT.
Cos'è il tubo MOS?
Esistono due tipi principali di FET: il FET a giunzione (JFET) e il FET a gate isolato (MOS). MOS è MOSFET, il cui nome completo in cinese è transistor a effetto di campo a semiconduttore metallo-ossido. Poiché il gate di questo transistor a effetto di campo è isolato da uno strato isolante, è anche chiamato transistor a effetto di campo a gate isolato.
I MOSFET possono essere suddivisi in tipo a deplezione e tipo a potenziamento del canale N; tipo a deplezione e tipo a potenziamento del canale P.
MOSFET scheda madre Alcuni MOSFET hanno un diodo al loro interno, che può essere un diodo di corpo, un diodo parassita o un diodo di ruota libera.
Esistono due spiegazioni sul ruolo dei diodi parassiti:
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Il diodo parassita del MOSFET viene utilizzato per impedire che il tubo MOS si bruci quando la VDD è sovratensione, perché prima che la sovratensione danneggi il tubo MOS, il diodo si rompe in senso inverso e la grande corrente va direttamente a terra, impedendo così al tubo MOS di bruciarsi.
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Può impedire che il tubo MOS si bruci quando la sorgente e il drain del tubo MOS sono collegati in modo inverso e può anche fornire un percorso per la tensione indotta inversa quando il circuito ha una tensione indotta inversa, in modo da impedire che la tensione indotta inversa attraversi il tubo MOS.
Il MOSFET ha le seguenti caratteristiche: elevata impedenza di ingresso, elevata velocità di commutazione, buona stabilità termica, corrente di controllo della tensione, ecc. Può essere utilizzato come amplificatore, interruttore elettronico, ecc. nei circuiti.
Cos'è l'IGBT?
L'IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor bipolare a gate isolato, è un dispositivo semiconduttore composito formato da un transistor e da un transistor MOS.
In quanto nuovo tipo di dispositivo elettronico a semiconduttore, l'IGBT presenta le seguenti caratteristiche: elevata impedenza di ingresso, basso consumo energetico per il controllo della tensione, circuito di controllo semplice, elevata resistenza alla tensione, elevata tolleranza alla corrente e così via, ed è ampiamente utilizzato in vari circuiti elettronici.
I simboli circuitali degli IGBT non sono ancora unificati. Nel disegno dello schema elettrico, vengono generalmente presi in prestito i simboli del triodo e del tubo MOS.
A questo punto, è possibile stabilire se si tratta di un tubo IGBT o MOS in base al modello indicato sullo schema elettrico. Allo stesso tempo, è importante verificare se l'IGBT ha un diodo di corpo. Se non è indicato in figura, non significa che non ce l'abbia. A meno che i dati ufficiali non contengano istruzioni specifiche, questo diodo esiste.
Il diodo interno dell'IGBT non è parassita, ma è appositamente progettato per proteggere la fragile tensione inversa di tenuta dell'IGBT, nota anche come FWD (diodo a ruota libera).
Non è difficile valutare se all'interno dell'IGBT è presente un diodo di corpo. I poli C ed E dell'IGBT possono essere misurati con un multimetro. Se l'IGBT è in buone condizioni e i valori di resistenza dei poli C ed E misurati sono infiniti, significa che l'IGBT non ha un diodo di corpo. L'IGBT è particolarmente adatto per applicazioni in settori quali motori a corrente alternata, convertitori di frequenza, alimentatori switching, circuiti di illuminazione, sistemi di trazione, ecc.
Caratteristiche strutturali del transistor MOS e dell'IGBT
La struttura interna del tubo MOS e del tubo IGBT è mostrata nella figura seguente.
L'IGBT viene formato aggiungendo uno strato al drain del MOSFET. Il circuito equivalente ideale dell'IGBT è mostrato nella figura seguente.
L'IGBT è in realtà una combinazione di MOSFET e transistor triodo. Il MOSFET ha lo svantaggio di un'elevata resistenza di conduzione, ma l'IGBT supera questo inconveniente e mantiene una bassa resistenza di conduzione ad alta tensione.
Inoltre, la velocità di IGBT e MOSFET con capacità di potenza simile potrebbe essere più lenta di quella di MOSFET, perché c'è un tempo di coda di spegnimento dell'IGBT e il tempo morto dell'IGBT sarà prolungato a causa del suo lungo tempo di coda di spegnimento, influenzando così la frequenza di commutazione.
Scegli tra tubo MOS o IGBT.
Nel circuito, la scelta tra un tubo MOS o un tubo IGBT come valvola di commutazione di potenza è un problema che gli ingegneri incontrano spesso. Se si considerano fattori come tensione, corrente e potenza di commutazione del sistema, si possono riassumere i seguenti punti:
Dalla figura seguente si può anche vedere che vengono utilizzate le condizioni per entrambi. L'area ombreggiata indica che è possibile selezionare sia MOSFET che IGBT, mentre "?" indica il livello che il processo corrente non può raggiungere.
In generale, i MOSFET presentano il vantaggio di buone caratteristiche ad alta frequenza, potendo operare a frequenze comprese tra diverse centinaia di kHz e fino a MHz, ma presentano gli svantaggi di un'elevata resistenza di conduzione e di un elevato consumo energetico in situazioni di alta tensione e alta corrente. Gli IGBT, invece, offrono prestazioni eccellenti a bassa frequenza e alta potenza, con una bassa resistenza di conduzione e un'elevata tensione di tenuta.
Il MOSFET è utilizzato negli alimentatori switching, nelle zavorre, nel riscaldamento a induzione ad alta frequenza, nelle saldatrici inverter ad alta frequenza, negli alimentatori per comunicazioni e in altri campi di alimentazione ad alta frequenza; l'IGBT è ampiamente utilizzato nelle saldatrici, negli inverter, nei convertitori di frequenza, negli alimentatori elettrolitici per galvanica, nel riscaldamento a induzione a ultrasuoni e in altri campi.
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