ความแตกต่างระหว่างหลอด MOS และ IGBT คืออะไร?

หน้าแรก คอลัม ไฮไลท์รายวัน ความแตกต่างระหว่างหลอด MOS และ IGBT คืออะไร?

2022-03-17 1303

ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ มักพบหลอด MOS และหลอด IGBT ซึ่งทั้งสองชนิดสามารถใช้เป็นอุปกรณ์สวิตชิ่งได้ หลอด MOS และหลอด IGBT มีรูปลักษณ์และพารามิเตอร์คุณลักษณะคล้ายคลึงกัน แล้วทำไมบางวงจรจึงใช้หลอด MOS และบางวงจรจึงใช้หลอด IGBT?

มาดูความแตกต่างระหว่างหลอด MOS กับหลอด IGBT กันดีกว่า

หลอด MOS คืออะไร?

FET มีสองประเภทหลักคือ Junction FET (JFET) และประตูฉนวน FET (MOS) MOS คือ MOSFET ชื่อเต็มของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์ในภาษาจีน เนื่องจากประตูของทรานซิสเตอร์เอฟเฟกต์สนามนี้ถูกแยกโดยชั้นฉนวน จึงเรียกว่าทรานซิสเตอร์สนามเอฟเฟกต์ประตูที่หุ้มฉนวน

MOSFET สามารถแบ่งออกเป็นประเภทพร่อง N-channel และประเภทการปรับปรุง; ประเภทพร่อง P-ditch และประเภทการปรับปรุง
MOSFET种类与电路符号
MOSFET บางตัวมีไดโอดอยู่ข้างใน ซึ่งก็คือไดโอดตัวบอดี้ หรือไดโอดปรสิต หรือไดโอดแบบหมุนอิสระ

มีคำอธิบายสองประการเกี่ยวกับบทบาทของไดโอดปรสิต:

ไดโอดปรสิตของ MOSFET ใช้เพื่อป้องกันไม่ให้หลอด MOS ไหม้เมื่อ VDD มีแรงดันไฟฟ้าเกิน เนื่องจากก่อนที่แรงดันไฟฟ้าเกินจะทำให้หลอด MOS เสียหาย ไดโอดจะพังในทิศทางตรงกันข้ามก่อน และกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จะไปที่โดยตรง ลงกราวด์จึงป้องกันไม่ให้ท่อ MOS ไหม้
สามารถป้องกันไม่ให้ท่อ MOS ไหม้เมื่อแหล่งกำเนิดและท่อระบายน้ำของท่อ MOS เชื่อมต่อแบบย้อนกลับ และยังสามารถให้เส้นทางสำหรับแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับเมื่อวงจรมีแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับ เพื่อป้องกันแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำย้อนกลับจาก ทะลุท่อ MOS

MOSFET มีคุณลักษณะของความต้านทานอินพุตสูง ความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว เสถียรภาพทางความร้อนที่ดี กระแสควบคุมแรงดันไฟฟ้า ฯลฯ สามารถใช้เป็นเครื่องขยายเสียง สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ ในวงจรได้

IGBT คืออะไร?

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ทรานซิสเตอร์ไบโพลาร์เกตฉนวน เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบผสมที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์และทรานซิสเตอร์ MOS

IGBT เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ชนิดใหม่ มีคุณสมบัติเด่นคือมีค่าอิมพีแดนซ์อินพุตสูง ใช้พลังงานต่ำเพื่อควบคุมแรงดันไฟฟ้า วงจรควบคุมเรียบง่าย มีความต้านทานแรงดันไฟฟ้าสูง ทนทานต่อกระแสไฟฟ้าสูง และอื่นๆ และใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ

จนถึงปัจจุบัน สัญลักษณ์วงจรของ IGBT ยังไม่ได้ถูกรวมเข้าด้วยกัน เมื่อวาดแผนผังวงจร โดยทั่วไปสัญลักษณ์ของไตรโอดและหลอด MOS จะถูกยืมมาใช้
ในตอนนี้ สามารถระบุได้ว่าเป็นหลอด IGBT หรือ MOS จากแบบจำลองที่ระบุไว้ในแผนผังวงจร ในขณะเดียวกัน ควรสังเกตว่า IGBT มีไดโอดบอดี้หรือไม่ หากไม่ได้ระบุไว้ในรูป ไม่ได้หมายความว่าไม่มี ไดโอดนี้มีอยู่จริง เว้นแต่ข้อมูลอย่างเป็นทางการจะมีคำแนะนำพิเศษ

ไดโอดภายในของ IGBT ไม่ใช่ปรสิต แต่ถูกกำหนดเป็นพิเศษเพื่อปกป้องแรงดันไฟฟ้าย้อนกลับที่เปราะบางของ IGBT หรือที่เรียกว่า FWD (ไดโอดอิสระ)

การตัดสินว่ามีไดโอดบอดี้อยู่ภายใน IGBT นั้นไม่ใช่เรื่องยาก สามารถวัดขั้ว C และ E ของ IGBT ได้ด้วยมัลติมิเตอร์ หาก IGBT อยู่ในสภาพดีและค่าความต้านทานของขั้ว C และ E ที่วัดได้มีค่าอนันต์ แสดงว่า IGBT ไม่มีไดโอดบอดี้ IGBT เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในด้านต่างๆ เช่น มอเตอร์กระแสสลับ ตัวแปลงความถี่ แหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง วงจรไฟส่องสว่าง ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ฯลฯ

ลักษณะโครงสร้างของทรานซิสเตอร์ MOS และ IGBT

โครงสร้างภายในของหลอด MOS และหลอด IGBT แสดงอยู่ในรูปต่อไปนี้

IGBT เกิดขึ้นจากการเพิ่มชั้นลงในเดรนของ MOSFET วงจรเทียบเท่าในอุดมคติของ IGBT แสดงอยู่ในรูปต่อไปนี้
จริงๆ แล้ว IGBT เป็นการผสมผสานระหว่าง MOSFET และทรานซิสเตอร์ไตรโอด MOSFET มีข้อเสียคือความต้านทานขณะเปิดสูง แต่ IGBT เอาชนะข้อเสียนี้ได้ และ IGBT ยังคงมีความต้านทานขณะเปิดต่ำที่แรงดันไฟฟ้าสูง

นอกจากนี้ ความเร็วของ IGBT และ MOSFET ที่มีความจุพลังงานใกล้เคียงกันอาจช้ากว่า MOSFET เนื่องจากมีระยะเวลาปิดการทำงานของ IGBT และเวลาตายของ IGBT จะยาวนานขึ้นเนื่องจากระยะเวลาปิดการทำงานของ IGBT ที่ยาวนาน จึงส่งผลต่อความถี่ในการสลับ

เลือกหลอด MOS หรือ IGBT

ในวงจรไฟฟ้า การเลือกใช้หลอด MOS เป็นหลอดสวิตช์ไฟหรือหลอด IGBT ถือเป็นปัญหาที่วิศวกรมักพบเจอ หากพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และกำลังไฟฟ้าสวิตชิ่งของระบบ สามารถสรุปประเด็นต่อไปนี้ได้:

จากรูปต่อไปนี้จะเห็นได้ว่าเงื่อนไขของทั้งสองระบบถูกนำมาใช้ พื้นที่แรเงาแสดงว่าสามารถเลือกได้ทั้ง MOSFET และ IGBT ส่วน "?" หมายถึงระดับที่กระบวนการปัจจุบันไม่สามารถไปถึงได้

โดยทั่วไปแล้ว MOSFET มีข้อดีคือมีคุณสมบัติความถี่สูงที่ดี ซึ่งสามารถทำงานที่ความถี่หลายร้อยกิโลเฮิรตซ์และสูงถึงเมกะเฮิรตซ์ แต่มีข้อเสียคือความต้านทานขณะเปิดสูง และการใช้พลังงานสูงในสถานการณ์ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสสูง อย่างไรก็ตาม IGBT มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมที่ความถี่ต่ำและกำลังไฟฟ้าสูง ด้วยความต้านทานขณะเปิดต่ำและแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้สูง

MOSFET ใช้ในการสลับแหล่งจ่ายไฟ บัลลาสต์ เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำความถี่สูง เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์ความถี่สูง แหล่งจ่ายไฟสื่อสาร และสาขาแหล่งจ่ายไฟความถี่สูงอื่นๆ IGBT ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องเชื่อม อินเวอร์เตอร์ ตัวแปลงความถี่ แหล่งจ่ายไฟไฟฟ้าแบบอิเล็กโทรไลต์ชุบไฟฟ้า เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำอัลตราโซนิก และสาขาอื่นๆ

การกรองแบบจำลองดิฟเฟอเรนเชียลและการวิเคราะห์ตัวกรองโหมดทั่วไป

"Hualinkona-Semiconductor Craft" ซิลิคอนคาร์ไบด์ MOSFET การบำบัดแบบเปียกที่หน้าเตาหลังการผลิต