Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ແລະ MOSFET ທັງສອງເປັນອຸປະກອນຄວບຄຸມแรงดันທີ່ອອກແບບມາສໍາລັບການປ່ຽນແປງໂປຣແກຣມ. ແຕ່ມັນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍໃນໂຄງສ້າງພາຍໃນ, ພຶດຕິກໍາການດໍາເນີນງານ, ລັກສະນະການສູນເສຍ, ຄວາມໄວໃນການປ່ຽນແປງ ແລະ ສະພາບແວດລ້ອມການໃຊ້ໃນອຸດົມສົມບູນ. ບົດຄວາມນີ້ຈະພິຈາລະນາເຖິງຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສໍາຄັນລະຫວ່າງ IGBT ແລະ MOSFET ລວມທັງໂຄງສ້າງ, ຫຼັກການເຮັດວຽກ, ປະສິດທິພາບທາງໄຟຟ້າ ແລະ ອື່ນໆ.
ຄ1. IGBT vs MOSFET: ພາບລວມ
ຄ2. IGBT vs MOSFET: ໂຄງສ້າງພາຍໃນ
ຄ3. IGBT vs MOSFET: ຫຼັກການເຮັດວຽກ
ຄ4. IGBT vs MOSFET: ລາຍລະອຽດທາງໄຟຟ້າ
ຄ5. IGBT vs MOSFET: ການປ່ຽນແປງປະສິດທິພາບ
ຄ6. IGBT vs MOSFET: ການສູນເສຍການນໍາພາ
ຄ7. IGBT vs MOSFET: ຄຸນລັກສະນະຄວາມຮ້ອນ
ຄ8. IGBT vs MOSFET: ຂໍ້ຮຽກຮ້ອງຂອງ Gate Drive
ຄ9. IGBT vs MOSFET: ໂປຣເເກຣມ
ຄ10. IGBT vs MOSFET: ข้อดี ແລະ ข้อเสีย
ຄ11. IGBT vs MOSFET: ຄວາມເຊື່ອຖືແລະພຶດຕິກໍາຄວາມລົ້ມເຫລວ
ຄ12. IGBT vs MOSFET: ປະສິດທິພາບຕາມຂອບເຂດความถี่
ຄ13. IGBT ສາມາດທົດແທນ Power MOSFET ໄດ້ບໍ?
ຄ14. ອະນາຄົດຂອງ IGBT ແລະ MOSFET
ຄ15. ສະຫລຸບ
ຄ16. ຄໍາຖາມທີ່ຖາມເລື້ອຍໆ [FAQ]
IGBT vs MOSFET: ພາບລວມ
Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) ແລະ Power MOSFETs ເປັນສອງປະເພດຫຼັກຂອງ semiconductor switch ທີ່ໃຊ້ໃນເຄື່ອງເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງ. ອຸປະກອນທັງສອງນີ້ຖືກຄວບຄຸມດ້ວຍแรงดันແລະຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນເຄື່ອງປ່ຽນແປງ, motor drives, inverters ແລະ ອຸປະກອນໄຟຟ້າ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມັນຖືກປັບປຸງໃຫ້ດີທີ່ສຸດສໍາລັບສະພາບການດໍາເນີນງານທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.
MOSFETs ເປັນທີ່ນິຍົມຊົມຊອບໃນໂປຣແກຣມທີ່ມີแรงดันຕ່ໍາເຖິງປານກາງ ແລະ ຄວາມໄວສູງ ເພາະມັນປ່ຽນໄວຫຼາຍແລະມີຄວາມຕ້ອງການພະລັງງານຂອງປະຕູຕໍ່າ. ໃນອີກດ້ານຫນຶ່ງ IGBTs ລວມເອົາການຄວບຄຸມປະຕູ MOS ເຂົ້າກັບຄຸນລັກສະນະການນໍາພາສອງເບື້ອງ, ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມກັບລະບົບໄຟຟ້າສູງແລະກະແສສູງ.
IGBT vs MOSFET: ໂຄງສ້າງພາຍໃນ
ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບພາບ, ພະລັງ MOSFET ມີໂຄງສ້າງຊັ້ນຕາມລໍາດັບທີ່ມີປະຕູ (G) ຢູ່ຂ້າງເທິງ, ແຫຼ່ງ (S) ຢູ່ຜິວຫນ້າເທິງ, ແລະ Drain (D) ຢູ່ທາງລຸ່ມ. ຢູ່ ໃຕ້ ປະຕູ ມີ ຊັ້ນອົກຊີແຊນ ບາງໆ ທີ່ ແຍກ ມັນ ອອກ ຈາກ semiconductor. ຂອບເຂດຂ້າງເທິງມີການແຜ່ຂະຫຍາຍຂອງແຫຼ່ງ n+ ພາຍໃນຂອບເຂດຂອງຮ່າງກາຍ p-type ໃນຂະນະທີ່ສ່ວນລຸ່ມປະກອບດ້ວຍຂອບເຂດທີ່ເຄື່ອນເຫນັງຫນາ n− ແລະ ພື້ນດິນ n+ ທີ່ຕິດຕໍ່ກັບລະບາຍນ້ໍາ. ເມື່ອໃຊ້แรงดันປະຕູ, ຊ່ອງ inversion ຈະເກີດຂຶ້ນໃນຂອບເຂດ p-body, ອະນຸຍາດໃຫ້ກະແສໄຫຼຈາກແຫຼ່ງໄປຫາໄຫຼຜ່ານຂອບເຂດ n− drift. ເນື່ອງຈາກມີພຽງແຕ່ພາຫະນະສ່ວນໃຫຍ່ (ເອເລັກໂຕຣອນໃນອຸປະກອນ N-channel) ເທົ່ານັ້ນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, MOSFET ຈຶ່ງປ່ຽນໄດ້ໄວຫຼາຍແລະບໍ່ເກັບປະໂຫຍດທີ່ສໍາຄັນໄວ້ໃນໂຄງສ້າງຂອງມັນ.
ກົງກັນຂ້າມ, ໂຄງສ້າງ IGBT ໃນຮູບພາບກໍຄ້າຍຄືກັນຢູ່ຂ້າງເທິງ, ພ້ອມດ້ວຍປະຕູ (G) ແລະ Emitter (E) ທີ່ຈັດຂຶ້ນໃນຂອບເຂດ n+ ໃນ p-base. ເຖິງຢ່າງໃດກໍຕາມ, ທາງລຸ່ມຂອບເຂດ n− drift, ຊັ້ນ p+ collector ເພີ່ມເຕີມຢູ່ຂ້າງລຸ່ມ, ສ້າງ terminal Collector (C). ຊັ້ນ p + ເພີ່ມເຕີມນີ້ສ້າງເສັ້ນທາງ bipolar conduction ເມື່ອອຸປະກອນເປີດ. ໃນລະຫວ່າງການດໍາເນີນງານ, ຮູຈະຖືກສັກຈາກຕົວເກັບເງິນ p+ ເຂົ້າໄປໃນຂອບເຂດ n− drift, ເຮັດໃຫ້ເກີດການປັບປ່ຽນການນໍາພາ. ສິ່ງນີ້ລົດຄວາມຕົກລົງຂອງแรงดันໃນສະພາບທີ່แรงดันສູງແລະກະແສສູງ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຜູ້ຂົນສົ່ງສ່ວນນ້ອຍຖືກເກັບໄວ້ໃນຂອບເຂດ drift, IGBT ຈະປະສົບກັບການປິດຊ້າກວ່າເມື່ອສົມທຽບກັບ MOSFET. ຮູບ ນັ້ນ ເນັ້ນຫນັກ ຢ່າງ ແຈ່ມ ແຈ້ງ ເຖິງ ຄວາມ ແຕກ ຕ່າງ ຂອງ ໂຄງ ຮ່າງ ທີ່ ສໍາຄັນ ນີ້: MOSFET ສິ້ນ ສຸດ ລົງ ດ້ວຍ ຊັ້ນ n+ drain, ໃນ ຂະນະ ທີ່ IGBT ມີ ຊັ້ນ ເກັບ ທ້ອນ p + ເພີ່ມ ເຕີມ ທີ່ ເຮັດ ໃຫ້ ພຶດຕິ ກໍາ bipolar.
IGBT vs MOSFET: ຫຼັກການເຮັດວຽກ
MOSFET ເຮັດວຽກໂດຍການໃຊ້แรงดันໃສ່ປະຕູ, ສ້າງທົ່ງໄຟຟ້າທີ່ປະກອບເປັນຊ່ອງທາງນໍາພາລະຫວ່າງລະບາຍແລະແຫຼ່ງ. ເມື່ອຊ່ອງຖືກສ້າງຂຶ້ນແລ້ວ, ກະແສຈະໄຫຼຕາມອັດຕາສ່ວນຂອງแรงดันປະຕູທີ່ສູງກວ່າຂອບເຂດ. ເມື່ອ ປະຕູ voltage ຖືກ ຖອດ ອອກ, ຊ່ອງ ຈະ ຫາຍ ໄປ, ແລະ ການ ນໍາພາ ຈະ ຢຸດ ໄວ.
IGBT ຍັງໃຊ້ປະຕູທີ່ຄວບຄຸມแรงดันເພື່ອສ້າງຊ່ອງ, ແຕ່ເມື່ອເລີ່ມຕົ້ນການນໍາພາ, ພາຫະນະສ່ວນນ້ອຍຈະຖືກສັກເຂົ້າໄປໃນຂອບເຂດ drift. ການປັບປ່ຽນການນໍາພານີ້ລົດລົງຢ່າງໃຫຍ່ຫຼວງໃນສະພາບທີ່ກະແສສູງ. ເຖິງ ຢ່າງ ໃດ ກໍ ຕາມ, ເມື່ອ ປິດ, carrier ທີ່ ເກັບ ໄວ້ ເຫລົ່າ ນີ້ ຕ້ອງ ປະສົມ ເຂົ້າກັນ, ຊຶ່ງ ເຮັດ ໃຫ້ ການ ປ່ຽນ ແປງ ຊ້າ ກວ່າ ເມື່ອ ປຽບທຽບ ໃສ່ ກັບ MOSFET.
IGBT vs MOSFET: ລາຍລະອຽດທາງໄຟຟ້າ
MOSFETs
ໂດຍທົ່ວໄປມີຈາກแรงดันຕ່ໍາ (20V–250V) ຈົນເຖິງປະມານ 900V, ພ້ອມດ້ວຍຄວາມຕ້ານທານຕໍ່າຫຼາຍ (RDS(on)) ໃນລະດັບแรงดันຕ່ໍາ. ຄວາມສາມາດໃນປະຈຸບັນຂອງມັນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍຂຶ້ນກັບແພັກເກດແລະຄວາມເຢັນ.
IGBTs
ຕາມປົກກະຕິແລ້ວຖືກອອກແບບສໍາລັບລະດັບแรงดันສູງເຊັ່ນ 600V, 1200V, 1700V ແລະອື່ນໆ. ແທນ ທີ່ ຈະ ເປັນ RDS (on), ມັນ ມີ ລັກ ສະ ນະ ໂດຍ volt saturation collector-emitter (VCE (sat)). IGBTs ເຫມາະສົມກວ່າສໍາລັບການຮັບມືກັບກະແສສູງໃນລະດັບສູງ, ໂດຍສະເພາະໃນອຸດສະຫະກໍາ ແລະ ລະດັບເຄືອຂ່າຍ.
IGBT vs MOSFET: ການປ່ຽນແປງປະສິດທິພາບ
MOSFETs ປ່ຽນແປງຢ່າງວ່ອງໄວເພາະມັນດໍາເນີນການໂດຍໃຊ້ຜູ້ຂົນສົ່ງສ່ວນໃຫຍ່ເທົ່ານັ້ນ. ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບຮ່າງ, ກະແສຈະຂຶ້ນແລະລົງຢ່າງໄວ, ຕິດຕາມການປ່ຽນແປງຂອງแรงดัน. ໃນລະຫວ່າງການປິດ, ກະແສຈະຫລຸດລົງເກືອບທັນທີເມື່ອแรงดันສູງຂຶ້ນ, ເຮັດໃຫ້ມີການຊັດເຈນລະຫວ່າງแรงดันແລະກະແສຫນ້ອຍທີ່ສຸດ. ການປ່ຽນແປງທີ່ແຈ່ມແຈ້ງນີ້ນໍາໄປສູ່ການສູນເສຍພະລັງງານໃນການປ່ຽນແປງຕໍ່າ ແລະ ເຮັດໃຫ້ MOSFETs ເຫມາະສົມຫຼາຍສໍາລັບການດໍາເນີນງານທີ່ມີความถี่ສູງ.
ກົງກັນຂ້າມ, ຮູບ ຮ່າງ ຂອງ IGBT ສະ ແດງ ໃຫ້ ເຫັນ ຫາງ ປິດ ທີ່ ແຈ່ມ ແຈ້ງ. ເຖິງແມ່ນວ່າแรงดันຈະເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວໃນລະຫວ່າງການປິດ, ແຕ່ກະແສໄຟຟ້າບໍ່ໄດ້ຕົກລົງທັນທີ. ແທນທີ່ຈະເປັນແນວນັ້ນ, ມັນຈະຄ່ອຍໆເສື່ອມໂຊມລົງເນື່ອງຈາກມີການເກັບກໍາຂໍ້ມູນສ່ວນນ້ອຍໄວ້ໃນຂອບເຂດທີ່ລອຍໄປ. ສິ່ງນີ້ສ້າງຂອບເຂດທີ່ຊັດເຈນກັນເຊິ່ງທັງแรงดันສູງແລະກະແສມີຢູ່ພ້ອມກັນ, ເພີ່ມການສູນເສຍການປ່ຽນແປງ. ເນື່ອງຈາກຜົນກະທົບຂອງກະແສຫາງນີ້, IGBTs ໂດຍທົ່ວໄປຈຶ່ງເຫມາະສົມກວ່າສໍາລັບຄວາມໄວຂອງການປ່ຽນແປງທີ່ຕ່ໍາກວ່າເມື່ອສົມທຽບກັບ MOSFETs.
IGBT vs MOSFET: ການສູນເສຍການນໍາພາ
ການສູນເສຍການນໍາພາ MOSFET ຕິດຕາມຄວາມສໍາພັນສອງກັບກະແສ. ໂຄ້ງສູງຂຶ້ນຫຼາຍເພາະການສູນເສຍ MOSFET ແມ່ນສອດຄ່ອງກັບ I² × RDS(on). ນີ້ ຫມາຍ ຄວາມ ວ່າ ເມື່ອ ກະ ແສ ເພີ່ມ ທະວີ ຂຶ້ນ, ການ ສູນ ເສຍ ພະ ລັງ ຈະ ເພີ່ມ ທະ ວີ ຂຶ້ນ ຢ່າງ ວ່ອງ ໄວ. ໃນລະດັບຕໍ່າຂອງກະແສ, ການສູນເສຍຍັງນ້ອຍເນື່ອງຈາກການຕ້ານທານຕໍ່າ. ເຖິງ ຢ່າງ ໃດ ກໍ ຕາມ, ໃນ ກະ ແສ ທີ່ ສູງ ກວ່າ, ກະ ແສ ສີ່ ຫ ລ່ຽມ ເຮັດ ໃຫ້ ການ ສູນ ເສຍ ເພີ່ມ ທະ ວີ ຂຶ້ນ, ຊຶ່ງ ເປັນ ສາ ເຫດ ທີ່ ໂຄ້ງ ສີ ຟ້າ ກົ້ມ ຂຶ້ນ.
ກົງກັນຂ້າມ, ການສູນເສຍການນໍາພາ IGBT ເພີ່ມຂຶ້ນເກືອບຈະເປັນເສັ້ນດຽວກັບກະແສ, ດັ່ງທີ່ສະແດງໂດຍໂຄ້ງເສັ້ນຊື່ສີແດງ. ນີ້ ເປັນ ເພາະ ການ ສູນ ເສຍ IGBT ແມ່ນ ກ່ຽວ ພັນ ກັບ VCE (sat) × I. ເນື່ອງຈາກ VCE (sat) ປະພຶດຄືກັບການຫລຸດລົງຂອງแรงดันເກືອບບໍ່ປ່ຽນແປງໃນລະຫວ່າງການນໍາພາ, ການສູນເສຍທັງຫມົດຈະເພີ່ມຂຶ້ນຕາມອັດຕາສ່ວນຂອງກະແສແທນທີ່ຈະເປັນແບບເລັກນ້ອຍ.
ຮູບພາບສະແດງໃຫ້ເຫັນຢ່າງຈະແຈ້ງວ່າໃນລະດັບກະແສທີ່ຕ່ໍາກວ່າ, ການສູນເສຍ MOSFET ອາດຕ່ໍາກວ່າ. ແຕ່ເມື່ອກະແສເພີ່ມຂຶ້ນ, ໂຄ້ງ MOSFET ຈະເພີ່ມຂຶ້ນໄວຂຶ້ນແລະສາມາດເກີນກວ່າການສູນເສຍ IGBT. ສິ່ງນີ້ອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງ IGBTs ຈຶ່ງມັກໃຊ້ໃນໂປຣແກຣມທີ່ມີກະແສສູງແລະມີພະລັງສູງ ໃນຂະນະທີ່ MOSFETs ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍກວ່າໃນລະດັບກະແສທີ່ຕ່ໍາກວ່າ.
IGBT vs MOSFET: ຄຸນລັກສະນະຄວາມຮ້ອນ
ປະສິດທິພາບຄວາມຮ້ອນຂອງ MOSFET ຂຶ້ນຢູ່ກັບການຕ້ານທານແລະການສູນເສຍການປ່ຽນແປງ. ເມື່ອອຸນຫະພູມສູງຂຶ້ນ, RDS (on) ຈະເພີ່ມຂຶ້ນ, ນໍາໄປສູ່ການສູນເສຍການນໍາພາທີ່ສູງກວ່າ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍຕາມ, MOSFETs ໂດຍທົ່ວໄປມີອັດຕາອຸນຫະພູມບວກ, ຊຶ່ງຊ່ວຍແບ່ງປັນກະແສໃນໂຄງສ້າງຄຽງຄູ່ກັນ.
IGBTs ຍັງປະສົບກັບ VCE(sat) ທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນພ້ອມກັບອຸນຫະພູມ. ເພາະມັນມັກຖືກໃຊ້ໃນโมดูลທີ່ມີພະລັງສູງ, ການອອກແບບ heatsinking ແລະ interface ຄວາມຮ້ອນທີ່ເຫມາະສົມເປັນສິ່ງສໍາຄັນ. IGBTs ໃນ module ພະລັງ ຕາມ ປົກກະຕິ ແລ້ວ ຈະ ມີ ໂຄງ ຮ່າງ ການ ຈັດ ການ ຄວາມ ຮ້ອນ ທີ່ ຮວມ ເຂົ້າກັນ ເພື່ອ ປັບປຸງ ການ ລະບາຍ ຄວາມ ຮ້ອນ ໃນ ລະບົບ ອຸດສະຫະ ກໍາ.
IGBT vs MOSFET: ຂໍ້ຮຽກຮ້ອງຂອງ Gate Drive
ອຸປະກອນທັງສອງນີ້ຖືກຄວບຄຸມດ້ວຍแรงดัน, ແຕ່ຂໍ້ຮຽກຮ້ອງຂອງການຂັບໄລ່ປະຕູຂອງມັນແຕກຕ່າງກັນໃນລະດັບแรงดันແລະຄວາມສະຫຼັບຊັບຊ້ອນໃນການປົກປ້ອງ. ດັ່ງທີ່ສະແດງໃນຮູບພາບ, MOSFETs ຕາມປົກກະຕິແລ້ວຕ້ອງໃຊ້ປະມານ 10-12V ທີ່ປະຕູເພື່ອການເພີ່ມທະວີເຕັມທີ. input ຂອງ ມັນ ປະພຶດ ຄື ກັນ ກັບ ນ້ໍາຫນັກ capacitive, ດັ່ງນັ້ນ ຜູ້ ຂັບ ລົດ ສ່ວນ ໃຫຍ່ ຕ້ອງ ຈັດ ຫາ ກະ ແສ ໃຫ້ ພຽງພໍ ເພື່ອ charge ແລະ ປ່ອຍ ປະຕູ ຢ່າງ ໄວ. ໃນຫຼາຍໂປຣເເກຣມ, ຫມວດຂັບລົດປະຕູ MOSFET ຍັງງ່າຍ.
ກົງກັນຂ້າມ, IGBTs ຕາມປົກກະຕິແລ້ວຕ້ອງໃຊ້ປະມານ +15V ສໍາລັບການເປີດເຕັມທີ່. ຮູບ ນັ້ນ ຍັງ ສະ ແດງ ໃຫ້ ເຫັນ block ປ້ອງ ກັນ desaturation (Desat), ຊຶ່ງ ຖືກ ໃຊ້ ເລື້ອຍໆ ໃນ ຫມວດ ຂັບ ລົດ IGBT ເພື່ອ ຊອກ ຫາ ສະພາບ ການ ສັ້ນ ຫລື ກະ ແສ ເກີນ ໄປ. ເພາະ IGBT ກ່ຽວຂ້ອງ ກັບ charge ທີ່ ເກັບ ໄວ້ ແລະ ສະ ແດງ ໃຫ້ ເຫັນ ກະແສ ຫາງ ໃນ ລະຫວ່າງ ການ ປິດ, ຜູ້ ຂັບ ລົດ ຂອງ ເຂົາ ເຈົ້າ ມັກ ຈະ ມີ ລັກສະນະ ການ ປົກ ປ້ອງ ແລະ ການ ຄວບ ຄຸມ ເພີ່ມ ເຕີມ. ໃນລະບົບພະລັງງານສູງ, ປະຕູລົບອາດຖືກໃຊ້ເພື່ອໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າການປິດທີ່ໄວ້ໃຈໄດ້.
IGBT vs MOSFET: ໂປຣເເກຣມ
| ຂອບເຂດການສະຫມັກ | MOSFET ໃຊ້ທົ່ວໄປ | ການໃຊ້ທົ່ວໄປຂອງ IGBT |
|---|---|---|
| ອຸປະກອນໄຟຟ້າ Switch-Mode (SMPS) | ອຸປະກອນໄຟຟ້າ AC-DC ແລະ DC-DC ຄວາມໄວສູງສໍາລັບຄອມພິວເຕີ, ລະບົບເຄືອຂ່າຍ, ລະບົບໂທລະຄົມມະນາຄົມ | ບໍ່ຄ່ອຍໃຊ້ເນື່ອງຈາກຄວາມໄວຂອງການປ່ຽນແປງທີ່ຊ້າກວ່າ |
| DC-DC Converters | Buck, boost, flyback, forward, and resonant converters | ໃຊ້ສະເພາະໃນອຸດສະຫະກໍາທີ່ມີแรงดันສູງ DC converters |
| ການແກ້ໄຂແບບ synchronous | ທົດແທນ diodes ໃນເຄື່ອງປ່ຽນແປງแรงดันຕ່ໍາເພື່ອປະສິດທິພາບສູງກວ່າ | ຕາມປົກກະຕິແລ້ວບໍ່ໄດ້ໃຊ້ |
| ລະບົບໄຟຟ້າ | ເຄື່ອງເອເລັກໂຕຣນິກແບບກະເປົ໋າ, ທະນາຄານໄຟຟ້າ, ລະບົບຈັດການກັບຫມໍ້ໄຟຟ້າ | ການນໍາໃຊ້ຈໍາກັດ |
| ເຄື່ອງ ເອ ເລັກ ໂທຣນິກ ລົດ | ລະບົບ 12V/48V, LED drivers, onboard chargers, low-voltage motor control | EV traction inverters, motor drive แรงดันສູງ |
| ພະລັງງານທົດແທນ | Micro-inverters, ເຄື່ອງປ່ຽນແປງດວງຕາເວັນຂະຫນາດນ້ອຍ, ຫມວດ MPPT | Inverters ດວງຕາເວັນຂະຫນາດໃຫຍ່, inverters |
| Industrial Motor Drives | ເຄື່ອງຈັກ DC ຂະຫນາດນ້ອຍ, servo drive | ເຄື່ອງຈັກ AC induction ຂະຫນາດໃຫຍ່, ລະບົບ VFD |
| ລົດໄຟຟ້າ (EVs) | ລະບົບໄຟຟ້າຊ່ວຍເຫຼືອ, DC-DC converters | inverter ດຶງດູດຫຼັກ, ຄວບຄຸມລະບົບຂັບລົດ |
| ການອົບອຸ່ນ | ລະບົບຄວາມຮ້ອນທີ່ມີພະລັງຕ່ໍາເຖິງປານກາງ | ຄວາມຮ້ອນອົບອຸ່ນທາງອຸດສະຫະກໍາທີ່ມີພະລັງສູງ |
| ລະບົບ UPS | UPS ພະລັງຕ່ໍາເຖິງປານກາງ | ລະບົບ UPS ອຸດສະຫະກໍາທີ່ມີພະລັງສູງ |
| ເຄື່ອງเชื่อม | Light-duty welding inverters | ອຸປະກອນການເຊື່ອມທາງອຸດສະຫະກໍາ |
| ລະບົບທາງລົດໄຟ | ບໍ່ທໍາມະດາ | Traction converters ແລະ ລະບົບກະຕຸ້ນแรงดันສູງ |
| ການແກ້ໄຂປັດໄຈພະລັງງານ (PFC) | ຂັ້ນຕອນ PFC ความถี่ສູງ | ລະບົບ PFC ອຸດສາຫະກໍາຂະຫນາດກາງ |
| ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ | Class-D amplifiers | ຕາມປົກກະຕິແລ້ວບໍ່ໄດ້ໃຊ້ |
| ການສົ່ງໄຟຟ້າສູງ | ຈໍາກັດ | HVDC converters ແລະ ລະບົບປ່ຽນແປງພະລັງງານສູງ |
IGBT vs MOSFET: ข้อดี ແລະ ข้อเสีย
ໂປຣແກຣມ MOSFET
• ຄວາມ ໄວ ຂອງ ການ ປ່ຽນ ແປງ ທີ່ ວ່ອງ ໄວ
• ການ ສູນ ເສຍ ການ ປ່ຽນ ແປງ ຕ່ໍາ ໃນ frequency ສູງ
• ຂໍ້ ຮຽກຮ້ອງ ຂັບ ລົດ ປະຕູ ທີ່ ງ່າຍໆ ແລະ ມີ ພະລັງ ຕ່ໍາ
• ການສູນເສຍການນໍາພາຕໍ່າທີ່แรงดันຕ່ໍາເຖິງປານກາງ
• ປະສິດທິພາບທີ່ດີເລີດໃນເຄື່ອງປ່ຽນແປງຄວາມໄວສູງ
• ຄຽງຄູ່ກັນໄດ້ງ່າຍເນື່ອງຈາກອັດຕາອຸນຫະພູມບວກ
ຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ MOSFET
• On-resistance (RDS(on)) ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໃຫຍ່ຫຼວງໃນລະດັບแรงดันທີ່ສູງກວ່າ
• ການສູນເສຍການນໍາພາເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຮຸນແຮງໃນກະແສສູງ (ພຶດຕິກໍາ I²R)
• ບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບລະບົບອຸດສະຫະກໍາທີ່ມີแรงดันສູງ
• ສາມາດຮູ້ສຶກໄວຕໍ່แรงดันສູງແລະຄວາມເຄັ່ງຕຶງຂອງຫິມະ
IGBT Pros
• ຄວາມສາມາດສູງທີ່ແຂງແຮງ (600V ແລະສູງກວ່າ)
• ການສູນເສຍການນໍາພາທີ່ຕ່ໍາລົງໃນລະດັບກະແສສູງ
• ເຫມາະສົມສໍາລັບການນໍາໃຊ້ພະລັງງານສູງ ແລະ ອຸດສະຫະກໍາ
• ມີ ຢູ່ ໃນ ແພັກເກດ module ພະລັງ ທີ່ ແຂງ ແກ່ນ
• ມີປະສິດທິພາບດີກວ່າໃນລະບົບທີ່ມີພະລັງສູງແລະມີປະສິດທິພາບສູງ
ຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງ IGBT
• ຄວາມໄວໃນການປ່ຽນແປງຊ້າກວ່າເມື່ອສົມທຽບກັບ MOSFETs
• ການ ສູນ ເສຍ ການ ປ່ຽນ ແປງ ທີ່ ສູງ ກວ່າ ໃນ ຄວາມ frequency ສູງ
• ກະແສຫາງປິດເພີ່ມການສູນເສຍພະລັງງານ
• ຂໍ້ ຮຽກຮ້ອງ ຂອງ ການ ຂັບ ລົດ ປະຕູ ແລະ ການ ປົກ ປ້ອງ ທີ່ ສັບ ຊ້ອນ ຫລາຍ ກວ່າ ເກົ່າ
• ບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບໂປຣແກຣມທີ່ມີເລື້ອຍໆຫຼາຍ
IGBT vs MOSFET: ຄວາມເຊື່ອຖືແລະພຶດຕິກໍາຄວາມຫຼົມແຫຼວ
| ແງ່ມຸມ | MOSFET | IGBT |
|---|---|---|
| ສາເຫດຫຼັກຂອງຄວາມລົ້ມເຫລວ | Over-voltage, overcurrent, over-heating, avalanche stress | ກະ ແສ ເກີນ ໄປ, ເຫດ ການ ສາຍ ສັ້ນ, ລ໊ອກ, ຮ້ອນ ເກີນ ໄປ |
| ຄວາມ ຮູ້ສຶກ ຂອງ ຄວາມ ກົດ ດັນ ຂອງ Voltage | ມີຄວາມຮູ້ສຶກໄວຕໍ່ການເພພັງຂອງແຫຼ່ງນ້ໍາ ແລະ ການພັງທະລາຍຂອງປະຕູອົກຊີແຊນ | ຮູ້ສຶກໄວຕໍ່ເງື່ອນໄຂ over-voltage ແລະ desaturation ຂອງ collector-emitter |
| ພຶດຕິກໍາຄວາມຮ້ອນພາຍໃຕ້ຄວາມຜິດ | ການສູນເສຍ I²R ເພີ່ມອຸນຫະພູມ; ການຫນີຈາກຄວາມຮ້ອນເປັນໄປໄດ້ຖ້າບໍ່ເຢັນຢ່າງຖືກຕ້ອງ | charge ທີ່ເກັບໄວ້ເຮັດໃຫ້ອຸນຫະພູມສູງຂຶ້ນຢ່າງວ່ອງໄວໃນລະຫວ່າງສະພາບຄວາມຜິດພາດ |
| ທົນທານສາຍສັ້ນ | ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວມີຄວາມອົດທົນຫຼາຍກວ່າໃນລະບົບໄຟຟ້າຕໍ່າ; ສາມາດປິດໄດ້ໄວຂຶ້ນ | ເວລາທີ່ທົນທານກັບສາຍສັ້ນຈໍາກັດ (ຕາມປົກກະຕິແລ້ວເປັນໄມໂກວິນາທີ); ລາຍລະອຽດທີ່ສໍາຄັນ |
| ຜົນກະທົບຕໍ່ການເກັບຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ | ບໍ່ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ສໍາຄັນ (ອຸປະກອນຂົນສົ່ງສ່ວນໃຫຍ່) | ການເກັບກໍາຂໍ້ມູນຂອງຜູ້ຂົນສົ່ງສ່ວນນ້ອຍເພີ່ມຄວາມເຄັ່ງຕຶງໃນລະຫວ່າງການປິດ |
| Common Failure Mode | ຕາມປົກກະຕິແລ້ວຈະລົ້ມລະລາຍລະຫວ່າງລະບາຍແລະແຫຼ່ງ | ຕາມປົກກະຕິແລ້ວຈະລົ້ມລະລາຍລະຫວ່າງ collector ແລະ emitter |
| ຄວາມອ່ອນແອຂອງ Gate Oxide | ອົກຊີແຊນປະຕູບາງອາດໄດ້ຮັບຄວາມເສຍຫາຍຈາກแรงดันສູງ | ໂຄງສ້າງປະຕູແຂງແຮງ ແຕ່ຍັງຕ້ອງມີການຄວບຄຸມแรงดันຂັບໄລ່ |
| ຂໍ້ຮຽກຮ້ອງການປົກປ້ອງ | ການຈໍາກັດກະແສ, TVS diodes, ການອອກແບບຕົວຕ້ານທານປະຕູທີ່ເຫມາະສົມ | Desaturation detection, soft turn-off, active clamping, thermal monitoring |
| ຄວາມງ່າຍໃນການປົກປ້ອງ | ປົກປ້ອງໄດ້ງ່າຍຂຶ້ນໃນລະບົບຄວາມໄວສູງ, แรงดันຕ່ໍາ | ຕ້ອງການການປົກປ້ອງທີ່ກ້າວຫນ້າໃນໂປຣແກຣມທີ່ມີພະລັງສູງ |
| ລະດັບຄວາມສ່ຽງຂອງໂປຣເເກຣມທົ່ວໄປ | ໂປຣແກຣມຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານຕ່ໍາກວ່າ | ລະບົບອຸດສາຫະກໍາທີ່ມີພະລັງສູງທີ່ມີລະດັບຄວາມເຄັ່ງຕຶງສູງກວ່າ |
IGBT vs MOSFET: ປະສິດທິພາບຕາມຂອບເຂດความถี่
ປະສິດທິພາບລະຫວ່າງ IGBTs ແລະ MOSFETs ຂຶ້ນຢູ່ກັບຄວາມໄວຂອງການປ່ຽນແປງ ເພາະການສູນເສຍທັງຫມົດລວມເອົາທັງການສູນເສຍການນໍາພາ ແລະ ການປ່ຽນແປງ. ເມື່ອເລື້ອຍໆເພີ່ມຂຶ້ນ, ການສູນເສຍການປ່ຽນແປງຈະມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍຂຶ້ນ, ຊຶ່ງປ່ຽນແປງວ່າອຸປະກອນໃດເຮັດວຽກໄດ້ດີກວ່າ.
• ຄວາມໄວຕໍ່າ (ຕ່ໍາກວ່າ 20 kHz) - IGBTs ມັກຈະມີປະສິດທິພາບຫຼາຍກວ່າໃນລະບົບໄຟຟ້າສູງແລະກະແສສູງ. ການ ສູນ ເສຍ ການ ປ່ຽນ ແປງ ແມ່ນ ເລັກ ນ້ອຍ ໃນ ຂອບ ເຂດ ນີ້, ແລະ IGBT ໄດ້ ຮັບ ຜົນ ປະ ໂຫຍດ ຈາກ ການ ສູນ ເສຍ ການ ນໍາພາ ທີ່ ຕ່ໍາ ກວ່າ ເນື່ອງ ຈາກ ຄວາມ ຫມັ້ນຄົງ ຂອງ ມັນ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ມັນເຫມາະສົມສໍາລັບ motor drives, inverters ອຸດສະຫະກໍາ ແລະ ໂປຣແກຣມທີ່ມີພະລັງສູງອື່ນໆ.
• ໄລຍະความถี่ກາງ (20-50 kHz) - ທັງການສູນເສຍການນໍາພາ ແລະ ການປ່ຽນແປງເປັນເລື່ອງສໍາຄັນ. IGBTs ເລີ່ມສະແດງໃຫ້ເຫັນການສູນເສຍການປ່ຽນແປງທີ່ສູງກວ່າເນື່ອງຈາກກະແສຫາງ, ໃນຂະນະທີ່ MOSFETs ປ່ຽນໄວຂຶ້ນແລະຮັບມືກັບຄວາມໄວສູງກວ່າ. ທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດແມ່ນຂຶ້ນຢູ່ກັບລະດັບแรงดัน, ຄວາມຕ້ອງການໃນກະແສແລະການອອກແບບຄວາມຮ້ອນ.
• ຄວາມໄວສູງ (ສູງກວ່າ 100 kHz) - MOSFETs ມີປະສິດທິພາບດີກວ່າ IGBTs ຢ່າງຊັດເຈນ. ການສູນເສຍການປ່ຽນແປງມີອິດທິພົນຫຼາຍໃນຄວາມໄວເຫຼົ່ານີ້ ແລະ MOSFETs ມີພະລັງງານການປ່ຽນແປງທີ່ຕ່ໍາກວ່າແລະບໍ່ມີກະແສຫາງ. ສໍາລັບເຄື່ອງປ່ຽນແປງແລະອຸປະກອນໄຟຟ້າທີ່ມີความถี่ສູງ, MOSFETs ເປັນທາງເລືອກທີ່ດີກວ່າ.
IGBT ສາມາດທົດແທນ Power MOSFET ໄດ້ບໍ?
IGBT ບໍ່ສາມາດທົດແທນ MOSFET ໂດຍກົງໄດ້ສະເຫມີ. ເຖິງແມ່ນວ່າທັງສອງເປັນswitch ທີ່ຄວບຄຸມດ້ວຍแรงดัน, ຄວາມໄວຂອງການປ່ຽນແປງ, ພຶດຕິກໍາການນໍາພາ ແລະ ຂໍ້ຮຽກຮ້ອງຂອງການຂັບໄລ່ປະຕູທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ໃນຫມວດທີ່ມີຄວາມໄວສູງ, ການປ່ຽນແທນ MOSFET ດ້ວຍ IGBT ອາດເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍການປ່ຽນແປງຫຼາຍເກີນໄປ ແລະ ບັນຫາຄວາມຮ້ອນ.
ເຖິງ ຢ່າງ ໃດ ກໍ ຕາມ, ໃນ ໂປຣເເກຣມ ທີ່ ມີ ພະລັງ ສູງ ແລະ ມີ ຄວາມ ໄວ ຕ່ໍາ ກວ່າ ດັ່ງ ເຊັ່ນ motor drives, IGBT ບາງ ເທື່ອ ສາມາດ ທົດ ແທນ MOSFET ໄດ້ ຖ້າ ຫາກ ການ ອອກ ແບບ ນັ້ນ ຖືກ ປັບປຸງ ໃຫ້ ດີ ທີ່ ສຸດ ສໍາລັບ ການ ປ່ຽນ ແປງ frequency ແລະ ປະສິດທິພາບ ຂອງ ຄວາມ ຮ້ອນ. ຕ້ອງມີການປະເມີນລະດັບแรงดัน, ຄວາມໄວຂອງການປ່ຽນແປງ ແລະ ການສູນເສຍໄຟຟ້າຢ່າງຖີ່ຖ້ວນກ່ອນຈະປ່ຽນແທນ.
ອະນາຄົດຂອງ IGBT ແລະ MOSFET
ອະນາຄົດ ຂອງ ເທັກ ໂນ ໂລ ຈີ IGBT ແລະ MOSFET ຈະ ຖືກ ຫລໍ່ ຫລອມ ໂດຍ ຄວາມ ຮຽກຮ້ອງ ຂອງ ປະສິດທິພາບ ແລະ ການ ນໍາ ໃຊ້ ພະລັງ ສູງ. IGBTs ຈະສືບຕໍ່ຄວບຄຸມລະບົບອຸດສາຫະກໍາສູງ ແລະ ອຸດສາຫະກໍາຫນັກເຊັ່ນ motor drive ແລະ inverter ພະລັງງານທົດແທນຂະຫນາດໃຫຍ່ ເນື່ອງຈາກຄວາມແຂງແຮງ ແລະ ຜົນປະໂຫຍດດ້ານລາຄາ. ໃນ ຂະນະ ດຽວ ກັນ, MOSFET - ໂດຍ ສະ ເພາະ ຊະນິດ bandgap ທີ່ ກວ້າງ ຂວາງ ດັ່ງ ເຊັ່ນ SiC ແລະ GaN - ກໍາລັງ ເຕີບ ໂຕ ຂຶ້ນ ຢ່າງ ວ່ອງໄວ ໃນ ລົດ ໄຟຟ້າ, ເຄື່ອງ ชาร์จ ໄວ ແລະ ອຸປະກອນ ໄຟຟ້າ ນ້ອຍໆ ເພາະ ຄວາມ ໄວ ຂອງ ການ ປ່ຽນ ແປງ ແລະ ປະສິດທິພາບ ທີ່ ສູງ ກວ່າ.
ການສະຫລຸບ
ການເລືອກລະຫວ່າງ IGBT ແລະ MOSFET ແມ່ນຂຶ້ນຢູ່ກັບລະດັບแรงดัน, ຄວາມຕ້ອງການຂອງກະແສໄຟຟ້າ ແລະ ຄວາມໄວຂອງການປ່ຽນແປງ. MOSFETs ເຫມາະສົມກວ່າສໍາລັບໂປຣແກຣມທີ່ມີຄວາມໄວສູງແລະแรงดันຕ່ໍາເຖິງປານກາງ ເພາະມັນປ່ຽນໄດ້ໄວຂຶ້ນແລະມີການສູນເສຍການປ່ຽນແປງຫນ້ອຍລົງ. ໃນອີກດ້ານຫນຶ່ງ IGBTs ເຫມາະສົມກວ່າສໍາລັບໂປຣແກຣມອຸດສະຫະກໍາທີ່ມີแรงดันສູງແລະກະແສສູງເຊັ່ນ motor drive ແລະ inverters ໂດຍສະເພາະເມື່ອເຮັດວຽກໃນລະດັບປານກາງຫຼືຕໍ່າ. ສະຫລຸບແລ້ວ, ເລືອກ MOSFET ສໍາລັບຄວາມໄວ ແລະ ປະສິດທິພາບໃນຄວາມໄວທີ່ສູງກວ່າ, ແລະ ເລືອກ IGBT ສໍາລັບການຈັດການກັບລະດັບພະລັງງານແລະแรงดันທີ່ສູງກວ່າ.
ຄໍາຖາມທີ່ຖາມເລື້ອຍໆ [FAQ]
Q1. ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ສໍາຄັນລະຫວ່າງ IGBT ແລະ MOSFET ໃນຄໍາເວົ້າງ່າຍໆແມ່ນຫຍັງ?
ຄວາມແຕກຕ່າງຫຼັກແມ່ນ MOSFETs ໄວຂຶ້ນແລະດີກວ່າສໍາລັບໂປຣແກຣມທີ່ມີຄວາມໄວສູງ, ຕໍ່າເຖິງປານກາງ, ໃນຂະນະທີ່ IGBTs ຮັບມືກັບแรงดันສູງແລະກະແສທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍກວ່າ ແຕ່ປ່ຽນຊ້າກວ່າ.
Q2. ອັນໃດດີກວ່າສໍາລັບ motor drives: IGBT ຫຼື MOSFET?
ສໍາລັບ motor drive ອຸດສະຫະກໍາแรงดันສູງ (400V +), ຕາມປົກກະຕິແລ້ວ IGBTs ຈະເປັນທີ່ນິຍົມ. ສໍາລັບການຄວບຄຸມເຄື່ອງຈັກທີ່ມີแรงดันຕ່ໍາຫຼືຄວາມໄວສູງ, MOSFETs ມັກຈະມີປະສິດທິພາບຫຼາຍກວ່າເນື່ອງຈາກການປ່ຽນແປງທີ່ໄວຂຶ້ນ.
Q3. ເປັນຫຍັງ IGBTs ຈຶ່ງມີກະແສຫາງປິດ?
IGBTs ເກັບຮັກສາພາຫະນະສ່ວນນ້ອຍໃນລະຫວ່າງການນໍາພາ. ເມື່ອ ປິດ, carrier ເຫລົ່າ ນີ້ ຕ້ອງ ປະສົມ ເຂົ້າກັນ, ເຮັດ ໃຫ້ ກະ ແສ ເສື່ອມ ໂຊມ ຊ້າໆ ທີ່ ເອີ້ນ ວ່າ ກະ ແສ ຫາງ, ຊຶ່ງ ເພີ່ມ ການ ສູນ ເສຍ ການ ປ່ຽນ ແປງ.
Q4. ເປັນຫຍັງຄວາມຕ້ານທານ MOSFET ຈຶ່ງເພີ່ມຂຶ້ນພ້ອມກັບຄະແນນแรงดัน?
MOSFETs ທີ່ມີแรงดันສູງກວ່າຕ້ອງມີຂອບເຂດທີ່ຫນາກວ່າເພື່ອກີດກັນ voltage. ສິ່ງນີ້ຈະເພີ່ມຄວາມຕ້ານທານ (RDS(on)), ນໍາໄປສູ່ການສູນເສຍການນໍາພາທີ່ສູງກວ່າໃນລະດັບแรงดันສູງ.
Q5. MOSFETs ສາມາດໃຊ້ໃນໂປຣແກຣມໄຟຟ້າສູງກວ່າ 600V ໄດ້ບໍ?
ແມ່ນ ແລ້ວ, ແຕ່ ປະສິດທິພາບ ອາດ ຫລຸດ ລົງ ເພາະ RDS (on) ເພີ່ມ ທະວີ ຂຶ້ນ. ໃນລະບົບໄຟຟ້າສູງ (800V-1200V), IGBTs ມັກຈະໃຊ້ການໄດ້ຫຼາຍກວ່າ ແລະ ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຫຼາຍກວ່າ.
Q6. IGBTs ຍັງກ່ຽວຂ້ອງກັບການເຕີບໂຕຂອງອຸປະກອນ SiC ແລະ GaN ບໍ?
ແມ່ນແລ້ວ. IGBTs ຍັງຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນລະບົບອຸດສະຫະກໍາທີ່ມີພະລັງສູງ. ໃນ ຂະນະ ທີ່ SiC ແລະ GaN ມີ ປະສິດທິພາບ ສູງ ກວ່າ, IGBT ຍັງ ມີ ລາຄາ ແພງ ຫລາຍ ກວ່າ ສໍາລັບ ໂປຣເເກຣມ ທີ່ ມີ ຄວາມ ໄວ ກາງ.
Q7. ອຸປະກອນໃດທີ່ຄຽງຄູ່ກັນໄດ້ງ່າຍກວ່າ: IGBT ຫຼື MOSFET?
ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ MOSFETs ຈະງ່າຍກວ່າທີ່ຈະຄຽງຄູ່ກັນເພາະມັນມີອັດຕາອຸນຫະພູມບວກ, ຊ່ວຍໃຫ້ກະແສໄຟຟ້າດຸນດ່ຽງລະຫວ່າງອຸປະກອນໂດຍອັດຕະໂນມັດ.
