W układach elektronicznych często występują lampy MOS i IGBT. Obie mogą być stosowane jako elementy przełączające. Wygląd i parametry charakterystyczne lamp MOS i IGBT są również stosunkowo podobne. Dlaczego więc niektóre obwody wykorzystują lampy MOS, a inne IGBT?  
Przyjrzyjmy się różnicom pomiędzy lampami MOS i lampami IGBT!  
                 

Co to jest lampa MOS?

Istnieją dwa główne rodzaje tranzystorów polowych, mianowicie tranzystor polowy złączowy (JFET) i tranzystor polowy z izolowaną bramką (lampa MOS).  
Lampa MOS to MOSFET, a jej pełna chińska nazwa to tranzystor polowy typu metal-tlenek-półprzewodnik. Ponieważ bramka tej lampy polowej jest izolowana warstwą izolacyjną, nazywa się ją również tranzystorem polowym z izolowaną bramką.  
   
Tranzystory MOSFET można podzielić na cztery kategorie: typ zubożony w kanał N i typ wzbogacony; typ zubożony w kanał P i typ wzbogacony.  
    Typy i symbole obwodów MOSFET  
Niektóre tranzystory MOSFET mają wewnątrz diodę, która jest diodą wewnętrzną, diodą pasożytniczą lub diodą wolnobiegową.  
  Istnieją dwa wyjaśnienia roli diod pasożytniczych:  

• Dioda pasożytnicza tranzystora MOSFET służy do zapobiegania przepaleniu się lampy MOS w przypadku wystąpienia przepięcia VDD, ponieważ zanim przepięcie uszkodzi lampę MOS, najpierw następuje przebicie diody i skierowanie dużego prądu do ziemi, co zapobiega przepaleniu się lampy MOS.
• Zapobiega przepaleniu się lampy MOS, gdy źródło i dren lampy MOS są podłączone odwrotnie. Może również zapewnić ścieżkę dla napięcia indukowanego wstecznie, gdy obwód ma napięcie indukowane wstecznie, zapobiegając przebiciu lampy MOS przez napięcie indukowane wstecznie.

Tranzystor MOSFET charakteryzuje się wysoką impedancją wejściową, dużą szybkością przełączania, dobrą stabilnością termiczną, prądem sterowania napięciem itp. W układzie może być stosowany jako wzmacniacz, przełącznik elektroniczny itp.  
                 

Co to jest IGBT

IGBT (tranzystor bipolarny z izolowaną bramką) to złożone urządzenie półprzewodnikowe składające się z tranzystora i lampy MOS.    
Jako nowy typ elektronicznego urządzenia półprzewodnikowego IGBT charakteryzuje się wysoką impedancją wejściową, niskim poborem mocy przy sterowaniu napięciem, prostym obwodem sterowania, wysoką rezystancją napięcia i dużą tolerancją prądu. Tranzystor IGBT jest szeroko stosowany w różnych obwodach elektronicznych.  
   
Symbole obwodów IGBT nie zostały jeszcze ujednolicone. Podczas rysowania schematu, symbole triody i lampy MOS są zazwyczaj zapożyczane. Na tym etapie można ocenić, czy jest to IGBT, czy lampa MOS, na podstawie modelu zaznaczonego na schemacie.  
Jednocześnie należy zwrócić uwagę na obecność diody podłożowej w tranzystorze IGBT. Brak oznaczenia na rysunku nie oznacza jej braku. O ile oficjalne dane nie stanowią inaczej, dioda ta jest obecna.  
   
Dioda korpusowa wewnątrz IGBT nie jest pasożytnicza, ale została specjalnie zaprojektowana w celu ochrony delikatnego napięcia wytrzymywanego wstecznie IGBT. Nazywana jest również diodą FWD (dioda wolnobiegowa).  
Nie jest trudno ustalić, czy wewnątrz tranzystora IGBT znajduje się dioda podłożowa. Można użyć multimetru do pomiaru biegunów C i E tranzystora IGBT. Jeśli tranzystor IGBT jest sprawny, a wartości rezystancji zmierzone na biegunach C i E są nieskończone, oznacza to, że tranzystor IGBT nie posiada diody podłożowej.  
IGBT doskonale nadaje się do zastosowań w takich dziedzinach jak silniki prądu przemiennego, przetwornice częstotliwości, zasilacze impulsowe, obwody oświetleniowe, napędy trakcyjne itp.  
                 

Charakterystyka strukturalna rur MOS i tranzystorów IGBT

Poniższy rysunek przedstawia strukturę wewnętrzną lampy MOS i lampy IGBT.  
   
Tranzystor IGBT powstaje poprzez dodanie dodatkowej warstwy do drenu tranzystora MOSFET.  
Idealny obwód zastępczy tranzystora IGBT przedstawiono na poniższym rysunku. IGBT to w rzeczywistości połączenie tranzystora MOSFET i tranzystora. Wadą tranzystora MOSFET jest wysoka rezystancja w stanie przewodzenia, ale tranzystor IGBT przezwycięża tę wadę. IGBT nadal charakteryzuje się niską rezystancją w stanie przewodzenia przy wysokim napięciu.    
Ponadto, w przypadku tranzystorów IGBT i MOSFET o podobnej mocy, prędkość IGBT może być wolniejsza niż MOSFET, ponieważ IGBT ma krótki czas wyłączania. Z powodu długiego czasu wyłączania IGBT, wydłuża się również czas martwy, co wpływa na częstotliwość przełączania.  
                 

Wybierz lampę MOS lub IGBT

W obwodzie inżynierowie często zastanawiają się, czy użyć lamp MOS jako tranzystorów mocy, czy tranzystorów IGBT. Biorąc pod uwagę takie czynniki, jak napięcie, prąd i moc przełączania układu, można podsumować następujące kwestie:
 

Na poniższym rysunku można również zobaczyć warunki użycia obu rozwiązań. Zacieniony obszar oznacza, że ​​można wybrać zarówno MOSFET, jak i IGBT, a znak „?” oznacza poziom, którego nie można osiągnąć w obecnym procesie.  
   
Ogólnie rzecz biorąc, zaletą tranzystora MOSFET jest dobra charakterystyka wysokoczęstotliwościowa i możliwość pracy w zakresie od kilkuset kHz do MHz. Wadą jest duża rezystancja w stanie przewodzenia i duży pobór mocy w warunkach wysokiego napięcia i prądu. Z kolei tranzystory IGBT dobrze sprawdzają się w warunkach niskiej częstotliwości i dużej mocy, charakteryzując się małą rezystancją w stanie przewodzenia i wysokim napięciem wytrzymywanym.  
Tranzystor MOSFET jest stosowany w zasilaczach impulsowych, statecznikach, nagrzewaniu indukcyjnym wysokiej częstotliwości, spawarkach inwerterowych wysokiej częstotliwości, zasilaczach komunikacyjnych i innych dziedzinach zasilania wysokiej częstotliwości; tranzystor IGBT jest stosowany głównie w spawarkach, inwerterach, przetwornicach częstotliwości, elektrolitycznych zasilaczach galwanicznych, ultradźwiękowym nagrzewaniu indukcyjnym i innych dziedzinach.

Uwaga: Niniejszy artykuł został przedrukowany z „21ic Electronic Network”, organizacji wspierającej ochronę praw własności intelektualnej. Prosimy o podanie oryginalnego źródła i autora przy przedruku. W przypadku naruszenia prosimy o kontakt w celu usunięcia artykułu.