Nei circuiti elettronici, i transistor MOS e IGBT sono componenti molto comuni. Entrambi possono essere utilizzati come elementi di commutazione. L'aspetto e le caratteristiche dei transistor MOS e IGBT sono relativamente simili. Perché, quindi, alcuni circuiti utilizzano i transistor MOS e altri i transistor IGBT?  
Diamo un'occhiata alla differenza tra tubi MOS e tubi IGBT!  
                 

Che cos'è un tubo MOS?

Esistono due tipi principali di transistor ad effetto di campo, vale a dire il transistor ad effetto di campo a giunzione (JFET) e il transistor ad effetto di campo a gate isolato (tubo MOS).  
Il transistor MOS è un MOSFET, il cui nome cinese completo è transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo. Poiché il gate di questo transistor a effetto di campo è isolato da uno strato isolante, viene anche chiamato transistor a effetto di campo a gate isolato.  
   
I MOSFET possono essere suddivisi in quattro categorie: tipo a svuotamento e tipo ad arricchimento a canale N; tipo a svuotamento e tipo ad arricchimento a canale P.  
    Tipi di MOSFET e simboli circuitali  
Alcuni MOSFET contengono un diodo al loro interno, che può essere un diodo di corpo, un diodo parassita o un diodo di ricircolo.  
  Ci sono due spiegazioni per il ruolo dei diodi parassiti:  

• Il diodo parassita del MOSFET serve a impedire che il transistor MOS si bruci in caso di sovratensione VDD, perché prima che la sovratensione danneggi il transistor MOS, il diodo si guasta inversamente e convoglia una corrente elevata verso massa, impedendo così la bruciatura del transistor MOS.
• Previene la bruciatura del transistor MOS quando il source e il drain del transistor sono collegati in modo inverso. Può anche fornire un percorso per la tensione indotta inversa quando il circuito presenta una tensione indotta inversa, prevenendo così la rottura del transistor MOS.

Il MOSFET possiede caratteristiche quali elevata impedenza di ingresso, velocità di commutazione rapida, buona stabilità termica, controllo della corrente tramite tensione, ecc. Nei circuiti può essere utilizzato come amplificatore, interruttore elettronico, ecc.  
                 

Che cos'è l'IGBT?

L'IGBT (Transistor bipolare a gate isolato) è un dispositivo semiconduttore composito costituito da un transistor e un tubo MOS.    
Come nuovo tipo di dispositivo elettronico a semiconduttore, l'IGBT presenta caratteristiche quali elevata impedenza di ingresso, basso consumo energetico di controllo della tensione, circuito di controllo semplice, elevata resistenza alla tensione e grande tolleranza alla corrente, ed è stato ampiamente utilizzato in diversi circuiti elettronici.  
   
La simbologia dei circuiti degli IGBT non è ancora standardizzata. Nella rappresentazione schematica, si tende a utilizzare indistintamente i simboli del triodo e del transistor MOS. In questo caso, è possibile distinguere tra IGBT e transistor MOS dal modello indicato nello schema elettrico.  
Allo stesso tempo, è importante verificare se l'IGBT è dotato di un diodo di corpo. Se non è indicato nell'immagine, non significa che non sia presente. A meno che i dati ufficiali non indichino diversamente, questo diodo è sempre presente.  
   
Il diodo di corpo all'interno dell'IGBT non è parassita, ma è specificamente progettato per proteggere la fragile tensione di tenuta inversa dell'IGBT. Viene anche chiamato FWD (diodo di ricircolo).  
Non è difficile determinare se all'interno di un IGBT è presente un diodo intrinseco. È possibile utilizzare un multimetro per misurare le resistenze ai poli C ed E dell'IGBT. Se l'IGBT è funzionante e i valori di resistenza misurati ai poli C ed E sono infiniti, significa che l'IGBT non ha un diodo intrinseco.  
Gli IGBT sono particolarmente adatti per applicazioni in settori quali motori a corrente alternata, convertitori di frequenza, alimentatori switching, circuiti di illuminazione, azionamenti di trazione, ecc.  
                 

Caratteristiche strutturali dei transistor MOS e degli IGBT

La struttura interna del transistor MOS e del transistor IGBT è illustrata nella figura sottostante.  
   
Un IGBT è costituito dall'aggiunta di uno strato supplementare al drain di un MOSFET.  
Il circuito equivalente ideale di un IGBT è mostrato nella figura sottostante. L'IGBT è in realtà una combinazione di MOSFET e transistor. Il MOSFET presenta lo svantaggio di un'elevata resistenza di conduzione, ma l'IGBT supera questo inconveniente. L'IGBT mantiene una bassa resistenza di conduzione anche ad alta tensione.    
Inoltre, per IGBT e MOSFET con capacità di potenza simili, la velocità dell'IGBT può essere inferiore a quella del MOSFET, poiché l'IGBT ha un tempo di spegnimento (turn-off tail time). A causa del lungo tempo di spegnimento dell'IGBT, anche il tempo morto (dead time) si allunga, il che influisce sulla frequenza di commutazione.  
                 

Scegli tra transistor MOS o IGBT

In un circuito, la scelta tra transistor MOS e IGBT come transistor di potenza per la commutazione è un dilemma che gli ingegneri si trovano spesso ad affrontare. Considerando fattori quali tensione, corrente e potenza di commutazione del sistema, si possono riassumere i seguenti punti:
 

Nella figura sottostante è possibile visualizzare anche le condizioni di utilizzo di entrambi i dispositivi. L'area ombreggiata indica che è possibile selezionare sia il MOSFET che l'IGBT, mentre il punto interrogativo ("?") indica un livello non raggiungibile con il processo attuale.  
   
In generale, il vantaggio del MOSFET risiede nelle sue buone caratteristiche ad alta frequenza, che gli consentono di operare a frequenze comprese tra diverse centinaia di kHz e MHz. Lo svantaggio è rappresentato dall'elevata resistenza di conduzione e dal consumo energetico elevato in situazioni di alta tensione e corrente. L'IGBT, al contrario, offre prestazioni ottimali in condizioni di bassa frequenza e alta potenza, grazie alla bassa resistenza di conduzione e all'elevata tensione di tenuta.  
I MOSFET sono utilizzati negli alimentatori switching, nei reattori, nel riscaldamento a induzione ad alta frequenza, nelle saldatrici a inverter ad alta frequenza, negli alimentatori per telecomunicazioni e in altri settori di alimentazione ad alta frequenza; gli IGBT sono utilizzati principalmente nelle saldatrici, negli inverter, nei convertitori di frequenza, negli alimentatori per elettroliti galvanici, nel riscaldamento a induzione ad ultrasuoni e in altri settori.

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