МОСФЕТ против IGBT

В мире силовой электроники выбор правильного полупроводникового устройства очень важно для повышения производительности, эффективности и надежности электронных систем.Двумя популярными вариантами являются биполярные транзисторы (Si IGBT) и кремниевый карбид-скид-символ-символ-символ-символ-скид-символ-сжиссеры (SIC MOSFET).Каждое из этих устройств имеет уникальные функции и преимущества, что делает их подходящими для различного использования.Эта статья объяснит основные различия между Si Igbts и SIC Mosfets, обсуждая их характеристики, плюсы, минусы и то, как они влияют на технологию инверторов, особенно в системах двигателя.Понимая эти различия, инженеры и дизайнеры могут принимать лучшие решения для улучшения своих проектов электроники.

Каталог

Рисунок 1: MOSFET против IGBT

Понимание Si Igbts и SIC Mosfets

SIC Mosfets

Кремниевый карбид металл-оксид-полупроводящий транзисторы поля (SIC MOSFET) работают, контролируя напряжение, применяемое к их терминалу затвора.Одним из основных преимуществ Mosfets SIC является их сильное сопротивление термическому побегу, условие, при котором повышение температуры приводит к дальнейшему повышению температуры, что может привести к разрушению устройства.Это сопротивление в значительной степени обусловлено лучшей теплопроводностью кремниевого карбида (SIC) по сравнению с регулярным кремнием.Высокая теплопроводность SIC обеспечивает эффективное рассеяние тепла на уровне устройства, сохраняя стабильные рабочие температуры даже в условиях высокой мощности.

Эта способность управлять теплом очень важна в среде с высокими температурами, например, в автомобилях и промышленных условиях.В этих ситуациях надежность и эффективность электронных частей очень важны, а МОПЕТЫ SIC обеспечивают сильное решение.Их способность поддерживать производительность и предотвращать перегрев в жестких условиях делает их весьма желательными для электроники, где управление теплом вызывает большую обеспокоенность.

Si Igbts

Биполярные транзисторы (Si IGBTS), уточняемые кремниевыми узорами, представляют собой полупроводниковые устройства, контролируемые током, которые работают путем применения тока к терминалу затвора.Эти транзисторы обычно используются в приложениях, которые преобразуют постоянный ток (DC) в переменный ток (AC), особенно в моторных дисках.Притяжение Si Igbts - это их способность эффективно обрабатывать высокие течения.Они также предлагают быстрые скорости переключения, что очень важно для приложений, нуждающихся в быстром и точном управлении мощностью.

Что касается электрических характеристик, то Si igbts имеют высокий уровень напряжения, что позволяет им безопасно работать в условиях высокого напряжения.Они также имеют низкое падение напряжения на устройстве при проведении тока, что приводит к более низким потери мощности и лучшей эффективности.Более того, у Si igbts есть низкие потери проводимости, что означает, что они используют меньшую мощность, когда транзистор находится в состоянии «на», улучшая общую производительность системы.

Эти качества делают SI igbts, особенно подходящими для мощных мощных приводов, например, в производственных системах.Их сильная производительность в этих жестких условиях обусловлена ​​их способностью эффективно переключать большие токи и напряжения, что делает их доступным и надежным выбором для управления мощными двигателями.

Инверторы и их влияние на системы моторного привода

Рисунок 2: Инверторы и их влияние на системы двигателя

В приложениях моторного привода инверторы играют важную роль в изменении постоянного тока (DC) из систем батареи в переменный ток (AC), который должен работать электродвигатели.Это изменение очень необходимо для электромобилей, где большие аккумуляторы дают необходимую мощность постоянного тока.Инверторы обрабатывают многие важные части производительности двигателя, включая скорость, крутящий момент, мощность и эффективность.Они также помогают с регенеративным торможением, что является функцией, которая захватывает энергию во время торможения и отправляет ее обратно в батарею, что делает всю систему более энергоэффективной.

Тип инвертора, который использовался, сильно влияет на то, насколько хорошо работает система двигателя.Исторически широко использовалось два типа инверторов: биполярные транзисторы с кремниевыми изолированными затворами (Si igbts) и кремниевые транзисторы карбида-оксида-оксида-оксида-символа-полупроводящики (SIC Mosfets).

Si igbts были стандартным выбором, потому что они надежны, а производственные процессы для них хорошо зарекомендовали себя.Тем не менее, SIC Mosfets становятся все более популярными, потому что они работают лучше.У MOSFETS SIC имеют более низкие потери переключения, лучшую теплопроводность и могут работать на более высоких частотах и ​​температурах по сравнению с Si IGBT.Эти преимущества приводят к повышению эффективности, меньшему потребностям в охлаждении и возможности разработки меньших и более легких двигательных систем.

Сначала высокая стоимость SIC Mosfets ограничивала их использование высококлассными или специальными приложениями.Тем не менее, улучшения в технологии производства и массового производства значительно снизили стоимость устройств SIC, что делает их практическим и привлекательным вариантом для более широкого диапазона приложений для моторных приводов.Это снижение затрат, наряду с их преимуществами, привело к большему использованию SIC Mosfets в различных отраслях, включая автомобильную, промышленную автоматизацию и секторы возобновляемых источников энергии.

Преимущества и недостатки Si Igbts и SIC Mosfets

Si igbts (кремниевые изолированные биполярные транзисторы затвора)

Кремниевые биполярные транзисторы (Si IGBT) изолированных затворов (Si IGBT) широко используются в мощных приложениях из-за их сильных черт производительности.Вот подробный взгляд на их преимущества и недостатки:

• Преимущества Si Igbts

Хорошо обрабатывает большие течения: Si Igbts очень хороши в эффективном управлении большими течениями.Это делает их хорошим выбором для применений, которые должны обрабатывать большие энергопотребления, такие как промышленные машины и электромобили.

Быстрая скорость переключения: Si IGBTS может быстро включаться и выключаться, что повышает их производительность в системах, которые требуют быстрых изменений в потоке тока.Эта быстрая способность переключения полезна для приложений, которые требуют быстрых изменений, что приводит к лучшей отзывчивости и производительности.

Бюджетный: Производительный процесс для Si Igbts является зрелым и хорошо зарекомендовавшим себя, что приводит к снижению производственных затрат.Это преимущество затрат делает SI IGBTS подходящим для бюджетного выбора для многих мощных приложений, что снижает общие расходы на систему.

Может обрабатывать высокое напряжение: Si IGBT могут выдерживать высокие напряжения, что делает их подходящими для применений, которые работают при высоких уровнях напряжения.Эта способность особенно полезна в системах передачи и распределения питания, где необходима выносливость высокого напряжения.

Низкая потеря энергии: Si IGBT имеют минимальное падение напряжения и потери проводимости при проведении тока.Эта эффективность приводит к снижению потери энергии и улучшению общей производительности системы, что полезно для поддержания высокой эффективности в чувствительных к энергетике.

• Недостатки Si Igbts

Подвергнут перегреву: В мощных приложениях, таких как в электромобилях или промышленных системах, Si Igbts могут перегреться.Это перегрев может привести к термическому побегу, условие, при котором температура повышения вызывает дальнейшее повышение температуры, что потенциально приводит к сбое устройства.Этот риск тепловых проблем создает надежность в мощных ситуациях.

Медленное время отключения: По сравнению с некоторыми более новыми полупроводниковыми устройствами, Si IGBT занимает больше времени.Этот более медленный отключение может ограничить их эффективность в приложениях, которые требуют очень быстрого переключения, таких как высокочастотные инверторы или передовые системы управления двигателями.Медленное время отключения может привести к увеличению потерь переключения и снижению общей эффективности в таких приложениях.

SIC MOSFET (кремниевые транзисторы карбида-карбида-оксида-оксида-символа-полупроводники)

В применении двигательного привода выбор между кремниевыми биполярными транзисторами (SI IGBT) и карбидом-оксидом-оксидом, скидными, и кремниевыми металлическими, значительно влияет на производительность и эффективность системы.Понимание плюсов и минусов SIC Mosfets помогает объяснить, почему они становятся популярным выбором во многих высокопроизводительных приложениях, несмотря на некоторые проблемы.

• Преимущества SIC Mosfets

Более высокая эффективность: SIC MOSFET имеют более низкие потери проводимости и переключения по сравнению с Si IGBT.Эта улучшенная эффективность снижает потребление энергии и повышает общую производительность системы двигателя.Более низкие потери означают, что меньше энергии тратится на тепло, что приводит к более эффективному использованию мощности.

Лучшее управление теплом: Кремниевый карбид проводит тепло лучше, чем кремний.Это позволяет SIC Mosfets более эффективно обрабатывать тепло, поддерживая их производительность и надежность даже в мощных условиях.Лучшее управление теплами снижает необходимость в обширных системах охлаждения, что делает дизайн более простым и сокращающим затраты.

Более быстрое переключение: SIC MOSFET могут работать с гораздо более высокими частотами переключения, чем Si IGBT.Более быстрое переключение позволяет более точно управлять двигателем и может улучшить производительность в приложениях, нуждающихся в быстрого переключения.Это особенно полезно в приводах электромобилей и промышленном моторном управлении, где эффективность и время быстрого отклика очень важны.

Обработка более высокого напряжения: Mosfets SIC могут управлять более высокими напряжениями, чем Si IGBT, что делает их подходящими для высоковольтных применений.Эта более высокая толерантность к напряжению полезна для интерфейсов сетки и мощных промышленных дисков, где необходима сильная обработка напряжения.

Меньший размер: Из -за их лучшей эффективности и тепловых свойств Mosfets SIC можно сделать меньше, чем их кремниевые аналоги.Это сокращение размера является хорошим для создания более компактных и легких систем, что особенно ценно в таких приложениях, как электромобили, где очень важно экономить пространство и вес.

• Недостатки SIC Mosfets

Более высокая стоимость: Создание SIC Mosfets является более сложным и дорогим, чем создание Si Igbts.Эта более высокая стоимость производства приводит к более высокой цене покупки, что может быть препятствием, особенно в чувствительных к стоимости приложений.Тем не менее, по мере улучшения производства и увеличения больших количеств, эти затраты постепенно снижаются.

Ограниченное использование рынка: Как более новая технология, SIC Mosfets еще не приняты так широко, как Si Igbts.Это ограниченное использование может привести к меньшему количеству доступных компонентов и меньшему количеству поддержки, что затрудняет инженерам найти детали и получить техническую помощь.Со временем, поскольку технология SIC становится более распространенной, ожидается, что это ограничение уменьшится.

Сложные потребности в драйве: SIC MOSFET часто нуждаются в более продвинутой схеме привода по сравнению с Si IGBT.Сложность этой схемы привода может усложнить общую конструкцию системы и, возможно, увеличить затраты на разработку.Инженеры должны тщательно разработать и реализовать эти схемы, чтобы полностью извлечь выгоду из технологии SIC.

Улучшенная технология инвертора с MOSFET SIC

Рисунок 3: Сравнение раствора SI Power Cabinet с раствором SIC для инверторов привода двигателя

Кремниевые карбидные мосфеты (SIC MOSFET) имеют значительно улучшенную технологию инвертора в системах двигателя, предлагая множество преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами с изолированными затворами кремния (Si IGBT).Mosfets SIC могут работать с гораздо более высокими скоростями переключения из -за их более низких потерь переключения, что позволяет более точно управлять скоростью и крутящим моментом двигателя.Они также лучше обрабатывают тепло, что означает, что они более эффективно избавляются от тепла и снижают потребность в больших системах охлаждения.Это приводит к более мелким и более легким конструкциям инверторов, что особенно полезно для электромобилей.

Mosfets SIC также могут работать при более высоких температурах, увеличивая надежность и продолжительность жизни систем моторного привода в жестких условиях.В то время как Si igbts по-прежнему могут использоваться в более дешевых приложениях или где высокие скорости переключения и управление тепла являются меньшей проблемой, эффективность, лучшая обработка тепла и более высокие характеристики MOSFET SIC делают их идеальными для высокопроизводительных и надежных приложений двигателя, применения двигателя, применения двигателя, приложения для двигательных приводов, приложения для моторных приводов, приложения для моторных приводов, и более высокие характеристики SIC Mosfetв том числе электромобили и промышленную автоматизацию.

Основные различия между IGBT и МОП -ф

Параметр	Igbt	МОСФЕТ
Диапазон напряжения	600 В до 6500 В (общие приложения высокого напряжения)	20 В до 1000 В (общие приложения с низким и средним напряжением)
Типичные приложения	Высокое напряжение, высокие текущие применения, например, энергосистемы, промышленные двигатели и инверторы	Приложения с низким и средним напряжением, например, источники питания, аудио усилители и контроллеры двигателей
Падение напряжения в штате (VCE или V.Дюймовый)	Более высокое падение напряжения, обычно от 2 В до 4 В	Более низкое падение напряжения, как правило, от 0,1 В до 1 В
Скорость переключения	Более медленная скорость переключения (более подходящая для более низкой частоты Приложения)	Быстрая скорость переключения (более подходящая для высокочастотных применений)
Потери проводимости	Выше из -за биполярной природы и более высокого падения напряжения	Ниже из -за униполярной природы и снижения напряжения
Переключение потерь	Выше из -за более медленной скорости переключения	Ниже из -за более высокой скорости переключения
Тепловая стабильность	Лучшие тепловые характеристики на более высоких уровнях мощности	Ограниченные тепловые характеристики по сравнению с IGBT
Сложность контроля	Более легкие требования к приводам, обычно контролируемые напряжением	Требуется более сложные цепи привода ворот, как правило, контролируется током
Грубость	Как правило, лучшая возможность выдержки с коротким кругом	Как правило, более низкая способность противостоять
Расходы	Как правило, выше для эквивалентных рейтингов напряжения	Как правило, ниже для эквивалентных рейтингов напряжения

Тип устройства

Рисунок 4: Тип устройства - сравнение символов MOSFET и IGBT

IGBT (биполярные транзисторы с изолированным затвором) представляют собой смесь MOSFET (металлические транзисторы с оксид-символом-срабатыванием) и биполярные транзисторы.Они имеют контролируемые напряжением затвор, такие как MOSFET, что облегчает переключение.У них также есть биполярная способность к току, что позволяет им справиться с высоким уровнем мощности.Морские козырь, напротив, являются только контролируемыми напряжением транзисторы.Поток тока между их исходными и сливными терминалами контролируется напряжением, приложенным к затвору.

Рейтинг напряжения

Рисунок 5: Напряжение дренажа/коллекционера противТок для MOSFET и IGBT

Для рейтинга напряжения IGBT лучше для высоковольтного использования, варьируя от сотен до тысяч вольт.Это делает их подходящими для мощных приложений, таких как моторные приводы и энергоснабжения.МОПЕТЫ Обычно используются в приложениях с низким и средним напряжением, от десятков до сотен вольт, которые распространены в электронных цепях переключения и регуляторах напряжения.

Текущая обработка

Рисунок 6: характеристики VD-ID при 25 ° C и 150 ° C для MOSFET и IGBT

С точки зрения обработки тока, IGBT отлично подходят для высоких текущих применений из-за их способности биполярного тока.Это делает их полезными в мощных настройках.MOSFET, однако, обычно используются для применений тока с более низким или средним током, где необходима высокая эффективность и быстрое переключение.

Скорость переключения

Скорость переключения - еще одна большая разница.Переключатель IGBTS медленнее, чем MOSFET, что подходит для приложений, где быстрое переключение не требуется.С другой стороны, MOSFET создаются для высокочастотного использования, предлагая более быстрые скорости переключения.Это делает их подходящими для таких приложений, как расходные материалы и преобразователи, которые нуждаются в быстром и эффективном переключении.

Эффективность

Эффективность варьируется в зависимости от IGBT и МОП -ф в зависимости от уровня напряжения и тока.IGBT имеют более низкие потери проводимости при высоких напряжениях и токах, что делает их более эффективными в мощных приложениях.Морские козыры, однако, более эффективны при низких напряжениях и токах из-за их низкой устойчивости и быстрого переключения.

Приложения

Рисунок 7: Основная структура MOSFET Vs.Основная структура IGBT

Использование этих устройств отражает их сильные стороны.IGBT обычно используются в мощных ситуациях, таких как моторные приводы, энергопотребления и системы индукционного нагрева из-за их способности обрабатывать высокое напряжение и ток.МОППЕТЫ лучше для применений, которые определяют приоритеты быстрого переключения и эффективности при более низких уровнях мощности, таких как электронные схемы переключения и регуляторы напряжения.

Требования к воротам

Наконец, требования к воротам различаются между IGBT и MOSFET.IGBT требуется положительное напряжение на затворе по сравнению с эмиттером, чтобы включить, и выключите, уменьшая напряжение затвора.MOSFET, однако, нуждается в положительном напряжении на воротах относительно источника как для включения, так и выключения, что делает их проще и простым.

Заключение

Как Si Igbts, так и SIC Mosfets имеют уникальные силы, которые соответствуют различным мощным приложениям.Si Igbts отлично справляются с большими токами и высокими напряжениями и дешевле производить, что делает их надежными для традиционного использования, таких как промышленные двигатели и энергосистемы.Тем не менее, они могут перегреваться и переключаться медленнее, что может быть проблемой в высокоскоростной или очень горячей среде.

С другой стороны, Mosfets SIC лучше обрабатывают тепло, переключаются быстрее и более эффективны, что делает их любимыми для современного использования, таких как электромобили и высокопроизводительные промышленные системы.Несмотря на то, что они сначала стоят дороже и нуждаются в более сложных целях привода, постоянные улучшения технологии SIC снижают эти проблемы, что приводит к более широкому использованию.

Выбор между Si IGBT и MOSFET SIC зависит от конкретных потребностей применения, таких как уровни напряжения и тока, скорость переключения и управление теплом.Используя сильные стороны каждого устройства, инженеры могут проектировать и создавать более эффективные электронные системы, улучшения и эффективность в различных технологических областях.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Что лучше IGBT или MOSFET?

Выбор между IGBT и MOSFET зависит от того, для чего он вам нужен.МОПП, как правило, лучше для задач с низким и средним мощностью, которые требуют быстрой скорости переключения и хорошего управления теплом.Они хороши для таких вещей, как расходные материалы и контроллеры двигателей.IGBT, с другой стороны, лучше для мощных задач, потому что они могут обрабатывать большие токи и более высокие напряжения, что делает их идеальными для промышленных двигателей и энергетических инверторов.

2. Может ли IGBT заменить MOSFET?

Иногда IGBT могут заменить MOSFET, особенно в мощных задачах, где очень необходима обработка больших токов и напряжений.Однако, поскольку IGBT переключаются медленнее и по -разному обрабатывают тепло, они могут не подходить для задач, которые нуждаются в очень быстрое переключение и низкую потерю мощности, где mosfets лучше.

3. Как я узнаю, есть ли у меня IGBT или MOSFET?

Чтобы выяснить, есть ли у вас IGBT или MOSFET, проверьте номер детали и детали от производителя.Таблицы данных сообщат вам, является ли устройство IGBT или MOSFET.Они могут выглядеть одинаково, поэтому вам нужно проверить документацию или маркировку на компоненте.

4. Какое самое быстрое переключающее устройство IGBT или MOSFET?

МОПЕТЫ, как правило, являются самыми быстрыми устройствами переключения по сравнению с IGBT.Они могут переключаться на гораздо более высоких скоростях, что делает их подходящими для задач, которые требуют быстрого переключения, например, в расходных материалах и высокочастотных инверторах.

5. Как я узнаю, есть ли у меня IGBT или MOSFET?

Вы можете выяснить, есть ли у вас IGBT или MOSFET, просмотрев маркировку компонента и сравнивая их с таблицами данных или деталями производителя.Эти документы дают подробную информацию о типе полупроводникового устройства, в том числе, является ли это IGBT или MOSFET.