MOSFET vs. IGBT

Í heimi rafeindatækni er það mjög mikilvægt að velja réttan hálfleiðara tæki til að bæta afköst, skilvirkni og áreiðanleika rafrænna kerfa.Tveir vinsælir valkostir eru sílikon einangruð GATE tvíhverfa smári (Si Igbts) og kísil karbíð málm-oxíð-blóðleiðandi sviði-áhrif smára (SIC MOSFETS).Hvert þessara tækja hefur einstaka eiginleika og ávinning, sem gerir þau hentug til mismunandi nota.Þessi grein mun útskýra helsta muninn á Si Igbts og SIC MOSFETS, þar sem fjallað er um einkenni þeirra, kosti, galla og hvernig þau hafa áhrif á inverter tækni, sérstaklega í vélknúnum drifkerfi.Með því að skilja þennan mun geta verkfræðingar og hönnuðir tekið betri ákvarðanir til að bæta rafeindatækniverkefni sín.

Vörulisti

Mynd 1: MOSFET vs. IGBT

Að skilja si igbts og sic mosfets

Sic mosfets

Silicon karbíð málm-oxíð-blóðleiðandi sviði-áhrif smára (SIC MOSFET) vinna með því að stjórna spennunni sem beitt er við hliðarstöðina.Einn helsti ávinningur SIC MOSFETs er sterk viðnám þeirra gegn hitauppstreymi, ástand þar sem hækkun hitastigs leiðir til frekari hitastigs eykst, sem hugsanlega veldur bilun tækisins.Þessi mótspyrna er að mestu leyti vegna betri hita leiðni kísil karbíðs (SIC) samanborið við venjulegt kísil.Mikil hitaleiðni SIC tryggir árangursríka hitaleiðni á tækjastigi og heldur stöðugu rekstrarhita jafnvel við mikla orkuaðstæður.

Þessi geta til að stjórna hita er mjög mikilvæg í umhverfi með háum hita, svo sem þeim sem finnast í bílum og iðnaðarumhverfi.Í þessum aðstæðum eru áreiðanleiki og skilvirkni rafrænna hluta mjög mikilvæg og SIC MOSFET veita sterka lausn.Geta þeirra til að viðhalda afköstum og koma í veg fyrir ofhitnun við erfiðar aðstæður gerir þá mjög eftirsóknarverða fyrir rafeindatækni, þar sem stjórnun hita er mikið áhyggjuefni.

Si igbts

Kísil-einangruð-hliðar tvíhverfa smári (SI IGBTs) eru hálfleiðandi tæki stjórnað af straumi, sem vinna með því að beita straumi við hliðarstöðina.Þessir smáir eru almennt notaðir í forritum sem umbreyta beinni straumi (DC) í skiptisstraum (AC), sérstaklega í vélknúnum drifum.Aðdráttarafl Si igbts er geta þeirra til að takast á við háa strauma á áhrifaríkan hátt.Þeir bjóða einnig upp á hraða rofahraða, sem er mjög mikilvægur fyrir forrit sem þurfa fljótt og nákvæma aflstýringu.

Varðandi rafmagnseinkenni hafa SI IGBTs háspennueinkunn, sem gerir þeim kleift að starfa á öruggan hátt við háspennuaðstæður.Þeir hafa einnig lágt spennufall yfir tækið þegar þeir stunda straum, sem leiðir til lægra aflstaps og betri skilvirkni.Ennfremur hafa si igbts lítið tap á leiðni, sem þýðir að þeir nota minni kraft þegar smári er í „á“ ástandi og bætir heildarárangur kerfisins.

Þessir eiginleikar gera SI IGBTs sérstaklega hentugir fyrir mótor drifbúnað með miklum krafti, svo sem í framleiðslukerfum.Sterk frammistaða þeirra í þessu erfiðu umhverfi er vegna getu þeirra til að skipta um stóra strauma og spennu á áhrifaríkan hátt, sem gerir þá að hagkvæmu og áreiðanlegu vali til að stjórna mótorum með háum krafti.

Inverters og áhrif þeirra á vélknúin drifkerfi

Mynd 2: Inverters og áhrif þeirra á vélknúin drifkerfi

Í Motor Drive forritum eiga inverters stóran þátt í að breyta beinni straumi (DC) úr rafhlöðukerfum í skiptisstraum (AC), sem rafmótorar þurfa að keyra.Þessi breyting er mjög nauðsynleg fyrir rafknúin ökutæki, þar sem stórir rafhlöðupakkar gefa DC afl sem þarf.Inverters takast á við marga mikilvæga hluti af afköstum mótors, þar á meðal hraða, tog, krafti og skilvirkni.Þeir hjálpa einnig við endurnýjandi hemlun, sem er eiginleiki sem fangar orku við hemlun og sendir hana aftur inn í rafhlöðuna, sem gerir allt kerfið orkunýtni.

Tegund inverter sem notuð er hefur mikil áhrif á hversu vel mótor drifkerfið virkar.Sögulega hafa tvenns konar inverters verið notaðir mikið: kísil einangruð hlið tvíhverfa smára (Si Igbts) og kísil karbíð málm-oxíð-blóðleiðandi sviði-áhrif smára (SIC MOSFET).

Si igbts hafa verið venjulegt val vegna þess að þau eru áreiðanleg og framleiðsluferlarnir fyrir þá eru vel staðfestir.SIC MOSFET eru þó að verða vinsælli vegna þess að þeir standa sig betur.SIC MOSFETS hefur lægra tap á skiptingu, betri hita leiðni og geta unnið við hærri tíðni og hitastig miðað við Si IGBT.Þessir kostir leiða til betri skilvirkni, minni þörf fyrir kælingu og getu til að hanna smærri og léttari mótor drifkerfi.

Í fyrstu takmarkaði mikill kostnaður SIC MOSFETs notkunar þeirra við hágæða eða sérstök forrit.En endurbætur á framleiðslutækni og fjöldaframleiðslu hafa þó dregið mjög úr kostnaði við SIC tæki, sem gerir þau að hagnýtum og aðlaðandi valkosti fyrir fjölbreyttara úrval af vélknúnum forritum.Þessi kostnaðarlækkun, ásamt afköstum þeirra, hefur leitt til meiri notkunar SIC MOSFET í ýmsum atvinnugreinum, þar á meðal bifreiðum, sjálfvirkni iðnaðar og endurnýjanlegra orkugreina.

Kostir og gallar si igbts og sic mosfets

Si igbts (kísil einangruð hlið tvíhverfa smára)

Silicon einangruð hlið tvíhverfa smára (Si IGBT) eru mikið notuð í miklum krafti forritum vegna sterkra frammistöðueinkenna.Hér er ítarleg skoðun á kostum þeirra og göllum:

• Kostir Si Igbts

Handar stórum straumum vel: Si igbts eru mjög góðir í að stjórna stórum straumum á skilvirkan hátt.Þetta gerir þá að góðu vali fyrir forrit sem þurfa að takast á við mikið afl álag, svo sem iðnaðarvélar og rafknúin ökutæki.

Hröð rofahraði: Si IGBTS getur kveikt og slökkt fljótt, sem bætir afköst þeirra í kerfum sem þurfa skjótar breytingar á núverandi flæði.Þessi hratt skiptingargeta er gagnleg fyrir forrit sem krefjast skjótra breytinga, sem leiðir til betri svörunar og frammistöðu.

Lágmarkskostnaður: Framleiðsluferlið fyrir SI IGBTs er þroskað og vel staðfest, sem leiðir til lægri framleiðslukostnaðar.Þessi kostnaðarforskot gerir það að verkum að fjárhagsáætlun vingjarnlegt val fyrir mörg forrit með háum krafti og heldur heildar kerfisútgjöldum niðri.

Ræður við háspennu: Si igbts þolir háspennu, sem gerir þá hentugt fyrir forrit sem starfa við háspennu.Þessi geta er sérstaklega gagnleg í raforkuflutningum og dreifikerfi þar sem þörf er á háspennu.

Lítið orkutap: Si igbts eru með lágmarks spennufall og leiðni tap þegar straumur er framkvæmdur.Þessi skilvirkni þýðir minni orkutap og bætt árangur kerfisins, sem er gott til að viðhalda mikilli afköstum í orkuviðkvæmum forritum.

• Ókostir si igbts

Viðkvæmt fyrir ofhitnun: Í miklum krafti, svo sem í rafknúnum ökutækjum eða iðnaðarkerfi, geta SI IGBTs ofhitnað.Þessi ofhitnun getur leitt til hitauppstreymis, ástand þar sem hækkandi hitastig veldur enn frekar hækkun á hitastigi, sem getur hugsanlega leitt til bilunar í tækjum.Þessi hætta á hitauppstreymi skapar áreiðanleika áhyggjuefni í miklum krafti.

Hægari beygjutími: Í samanburði við nokkur nýrri hálfleiðara tæki taka Si IGBTs lengri tíma að slökkva.Þessi hægari slökkt getur takmarkað skilvirkni þeirra í forritum sem þurfa mjög hratt að skipta, svo sem hátíðni inverters eða háþróaðri mótorstjórnunarkerfi.Hægari snúningstími getur leitt til aukins taps á skiptingu og dregið úr heildarvirkni í slíkum forritum.

SIC MOSFETS (kísil karbíð málmoxíð-blóðleiðandi sviði-áhrif smára)

Í mótordrifum notum, að velja á milli kísil einangruðra tvíhverfa smára (Si igbts) og kísil karbíð málm-oxíð-blóðleiðara sviði-áhrif smára (SIC MOSFETs) hefur mikil áhrif á afköst og skilvirkni kerfisins.Að skilja kosti og galla SIC MOSFETs hjálpar til við að útskýra hvers vegna þeir eru að verða vinsælt val í mörgum afkastamiklum forritum þrátt fyrir nokkrar áskoranir.

• Kostir SIC MOSFETS

Meiri skilvirkni: SIC MOSFETS hafa lægri leiðni og skiptitap miðað við Si IGBT.Þessi bætt skilvirkni dregur úr orkunotkun og eykur heildarafköst mótor drifkerfisins.Lægra tap þýðir að minni orka er til spillis sem hiti, sem leiðir til skilvirkari orkunotkunar.

Betri hitastjórnun: Kísilkarbíð leiðir hita betur en kísil.Þetta gerir SIC MOSFET kleift að takast á við hita á skilvirkari hátt og halda uppi afköstum sínum og áreiðanleika jafnvel við miklar aðstæður.Betri hitastjórnun dregur úr þörfinni fyrir umfangsmikil kælikerfi, gerir hönnun einfaldari og skera kostnað.

Hraðari skipt: SIC MOSFET geta starfað við miklu hærri rofatíðni en Si Igbts.Hraðari rofi gerir kleift að ná nákvæmari stjórn á mótornum og geta bætt afköst í forritum sem þurfa að skipta um fljótt.Þetta er sérstaklega gagnlegt í rafknúnum ökutækjum og stjórnun iðnaðar, þar sem skilvirkni og skjótur viðbragðstími er mjög mikilvægur.

Hærri spennu meðhöndlun: SIC MOSFETS getur stjórnað hærri spennu en Si IgBTs, sem gerir þau hentug fyrir háspennuforrit.Þetta hærra spennuþol er gagnlegt í tengi við raforku og iðnaðardrif með háum krafti, þar sem þörf er á sterkri spennu meðhöndlun.

Minni stærð: Vegna betri skilvirkni þeirra og hitaeiginleika er hægt að gera SIC MOSFET minni en kísil hliðstæða þeirra.Þessi lækkun á stærð er góð til að búa til samningur og léttari kerfi, sem er sérstaklega dýrmætt í forritum eins og rafknúnum ökutækjum, þar sem sparnaðarrými og þyngd er mjög mikilvæg.

• Ókostir SIC MOSFETS

Hærri kostnaður: Að búa til sic mosfets er flóknara og dýrara en að búa til si igbts.Þessi hærri framleiðslukostnaður leiðir til hærra kaupverðs, sem getur verið hindrun, sérstaklega í kostnaðarviðkvæmum forritum.Þegar framleiðsla batnar og stærra magn er framleitt, lækkar þessi kostnaður smám saman.

Takmörkuð markaðnotkun: Sem nýrri tækni hafa SIC MOSFET ekki enn verið samþykkt eins víða og Si Igbts.Þessi takmarkaða notkun getur leitt til færri tiltækra íhluta og minni stuðnings, sem gerir verkfræðingum erfiðara að finna hluta og fá tæknilega aðstoð.Með tímanum, eftir því sem SIC tækni verður algengari, er búist við að þessi takmörkun muni minnka.

Flóknar drifþarfir: SIC MOSFET þarf oft lengra komna akstursrásir miðað við Si Igbts.Flækjustig þessarar drifrásar getur flækt heildarhönnun kerfisins og hugsanlega aukið þróunarkostnað.Verkfræðingar verða að hanna og útfæra þessar hringrásar vandlega til að njóta góðs af SIC tækni.

Bætt inverter tækni með SIC MOSFETS

Mynd 3: Samanburður á rafmagnsskáp SI lausn vs. SIC lausn fyrir mótor drif

Silicon karbíð MOSFETS (SIC MOSFET) hafa bætt mjög inverter tækni í mótordrifskerfi og bjóða upp á marga kosti yfir kísil einangruðum hliðhvarfar smári (SI IGBTs).SIC MOSFETS geta unnið á miklu hærri rofahraða vegna lægri taps þeirra, sem gerir kleift að ná nákvæmari stjórn á mótorhraða og tog.Þeir höndla einnig hita betur, sem þýðir að þeir losna við hita á skilvirkari hátt og draga úr þörfinni fyrir stór kælikerfi.Þetta leiðir til smærri og léttari hönnun á inverter, sem er sérstaklega gott fyrir rafknúin ökutæki.

SIC MOSFET geta einnig virkað við hærra hitastig og aukið áreiðanleika og líftíma mótordrifskerfa við erfiðar aðstæður.Þó að enn sé hægt að nota SI IGBT í ódýrari forritum eða þar sem mikill skiptishraði og hitastjórnun er minna áhyggjuefni, gera skilvirkni, betri hitameðferð og meiri árangur SIC MOSFETs þá fullkominn fyrir afkastamikla og áreiðanlegar mótor drifforrit,þ.mt rafknúin ökutæki og sjálfvirkni iðnaðar.

Helsti munur á IGBT og MOSFETS

Færibreytur	IGBT	MOSFET
Spenna svið	600V til 6500V (algeng háspennuforrit)	20V til 1000V (algengt lágt til meðalstór spennuspennu)
Dæmigert forrit	Háspenna, há straum forrit, t.d. raforkukerfi, iðnaðar mótorar og inverters	Lágt til miðlungs spennuforrit, t.d. aflgjafa, hljóð magnarar og mótorstýringar
Spennufall á ríki (VCE eða VDS)	Hærri spennufall, venjulega 2V til 4V	Lægri spennufall, venjulega 0,1V til 1V
Skiptahraði	Hægari rofahraði (hentar betur fyrir lægri tíðni Forrit)	Hraðari rofahraði (hentar betur fyrir hátíðni forrit)
Leiðnitap	Hærra vegna tvíhverfa eðlis og hærri spennu	Lægra vegna óeðlilegs eðlis og lægri spennu
Skipta um tap	Hærri vegna hægari rofahraða	Lægra vegna hraðari rofahraða
Varma stöðugleiki	Betri hitauppstreymi á hærra valdastigi	Takmarkaður hitauppstreymi miðað við IGBT
Stjórna flækjum	Auðveldari kröfur um hliðarakstur, venjulega spennustýrðar	Krefst flóknari hliðarakstursrásir, venjulega Núverandi stjórnað
Hrikalegleiki	Almennt þolir betri skammhlaup.	Venjulega standast skammhlaup getu
Kostnaður	Almennt hærra fyrir samsvarandi spennuáritun	Almennt lægra fyrir samsvarandi spennuáritun

Tegund tæki

Mynd 4: Gerð tæki - MOSFET og IGBT tákn samanburður

IGBTs (einangruð tvíhverfa smári) eru blanda af MOSFET (málm-oxíð-blóðleiðara sviði-afleiðingar smára) og geðhvarfasjúkdómar.Þeir eru með spennustýrt hlið eins og MOSFETS, sem auðveldar skiptingu.Þeir hafa einnig geðhvarfasýkingu eins og straumspilunarhæfni, sem gerir þeim kleift að takast á við hátt aflstig.Aftur á móti eru MOSFETs aðeins spennustýrðir smáir.Straumstraumur milli uppruna þeirra og frárennslisstöðva er stjórnað af spennunni sem beitt er við hliðið.

Spennueinkunn

Mynd 5: holræsi/safnspenna Vs.Núverandi fyrir MOSFET og IGBT

Fyrir spennueinkunn eru IGBTS betri fyrir háspennu notkun, allt frá hundruðum til þúsundum volta.Þetta gerir þá hentugan fyrir hákúluforrit eins og vélknúnir drif og aflstýringar.MOSFET eru venjulega notaðir í lægri til miðlungs spennuforritum, allt frá tugum til hundruð volta, sem eru algengir í rafrænum rofa hringrásum og spennueftirlitsaðilum.

Núverandi meðhöndlun

Mynd 6: VD-ID einkenni við 25 ° C og 150 ° C fyrir MOSFET og IGBT

Hvað varðar núverandi meðhöndlun eru IGBTs frábærir fyrir mikla núverandi forrit vegna tvíhverfa straums sem er að bera.Þetta gerir þær gagnlegar í miklum krafti.MOSFETS eru hins vegar venjulega notuð til lægri til miðlungs núverandi forrits, þar sem mikil skilvirkni og hröð skipting er nauðsynleg.

Skiptahraði

Skiptahraði er annar mikill munur.IGBTS skiptir hægar en MOSFETS, sem er fínt fyrir forrit þar sem ekki er þörf á skjótum rofi.Aftur á móti eru MOSFETs gerðar til hátíðni notkunar og bjóða upp á hraðari rofahraða.Þetta gerir þau hentug fyrir forrit eins og aflgjafa og breytir sem þurfa skjótan og skilvirka skiptingu.

Skilvirkni

Skilvirkni er mismunandi milli IGBTs og MOSFETs miðað við spennu og straumstig.IGBT eru með lægra leiðnitap við háspennu og strauma, sem gerir þau skilvirkari í miklum krafti.MOSFETs eru þó skilvirkari við lágspennu og strauma vegna lítillar ónæmis og hratt skiptisgetu.

Forrit

Mynd 7: MOSFET grunnbygging Vs.IGBT grunnbygging

Notkun þessara tækja endurspeglar styrkleika þeirra.IGBT eru almennt notuð við hákraft aðstæður eins og mótordrif, aflstrauma og örvunarhitakerfi vegna getu þeirra til að takast á við háspennu og straum.MOSFETs eru betri fyrir forrit sem forgangsraða hratt rofi og skilvirkni við lægri aflstig, svo sem rafræna rofarásir og spennueftirlit.

Kröfur um hlið drifsins

Að síðustu eru kröfur um hliðarakstur mismunandi milli IGBTs og MOSFETs.IGBTs þurfa jákvæða spennu á hliðinu miðað við sendandann til að kveikja og slökkva á með því að draga úr hliðspennu.MOSFETs þurfa hins vegar jákvæða spennu á hliðinu miðað við uppsprettuna til að snúa bæði og slökkt, sem gerir hliðið akstur þeirra einfaldari og einfaldari.

Niðurstaða

Bæði si igbts og sic mosfets hafa einstaka styrkleika sem henta mismunandi háum krafti.Si igbts eru frábærir við að meðhöndla stóra strauma og háspennu og eru ódýrari að framleiða, sem gerir þá áreiðanlegar fyrir hefðbundna notkun eins og iðnaðarmótora og raforkukerfi.Hins vegar geta þeir ofhitnað og skipt hægar, sem getur verið vandamál í háhraða eða mjög heitu umhverfi.

Aftur á móti höndla SIC MOSFET hita betur, skipta hraðar og eru skilvirkari, sem gerir þá að uppáhaldi fyrir nútíma notkun eins og rafbíla og afkastamikil iðnaðarkerfi.Þrátt fyrir að þeir kosta meira í fyrstu og þurfa flóknari akstursrásir, eru áframhaldandi endurbætur á SIC tækni að draga úr þessum málum, sem leiðir til víðtækari notkunar.

Valið á milli Si Igbts og SIC MOSFETs fer eftir sérstökum þörfum notkunarinnar, svo sem spennu og núverandi stigum, hraða rofa og hitastjórnun.Með því að nota styrkleika hvers tækis geta verkfræðingar hannað og byggt upp betri rafrænt rafrænt kerfi, knýr endurbætur og skilvirkni á ýmsum tæknisviðum.

Algengar spurningar [FAQ]

1. Hver er betri IGBT eða MOSFET?

Valið á milli IGBT og MOSFET fer eftir því hvað þú þarft fyrir það.MOSFETs eru yfirleitt betri fyrir lág til miðlungs orkuverkefni sem þurfa hratt rofahraða og góða hitastjórnun.Þeir eru góðir fyrir hluti eins og aflgjafa og mótorstýringar.IGBTs eru aftur á móti betri fyrir verkefnin með háum krafti vegna þess að þau geta séð um stærri strauma og hærri spennu, sem gerir þau tilvalin fyrir iðnaðarmótora og kraftstærð.

2. Getur IGBT komið í stað MOSFET?

Stundum geta IGBTs komið í stað MOSFET, sérstaklega í miklum krafti þar sem mjög þörf er á stórum straumum og spennu.Hins vegar, vegna þess að IGBTS skiptir hægar og höndlar hita á annan hátt, gætu þeir ekki verið góðir fyrir verkefni sem þurfa mjög hratt að skipta og litlu afl tapi, þar sem MOSFETs eru betri.

3. Hvernig veit ég hvort ég er með IGBT eða MOSFET?

Til að komast að því hvort þú ert með IGBT eða MOSFET skaltu athuga hlutanúmerið og upplýsingarnar frá framleiðandanum.Gagnageymsla mun segja þér hvort tækið er IGBT eða MOSFET.Þeir geta litið eins út, svo þú þarft að athuga skjölin eða merkingar á íhlutinn.

4. Hver er hraðskreiðasta tæki IGBT eða MOSFET?

MOSFETS eru yfirleitt hraðskreiðustu tæki miðað við IGBT.Þeir geta skipt á mun hærri hraða, sem gerir þeim hentugt fyrir verkefni sem þurfa skjót skipti, eins og í aflgjafa og hátíðni hvolfi.

5. Hvernig veit ég hvort ég er með IGBT eða MOSFET?

Þú getur komist að því hvort þú ert með IGBT eða MOSFET með því að skoða merkingar íhlutans og bera þá saman við gagnablöð eða smáatriði framleiðanda.Þessi skjöl gefa ítarlegar upplýsingar um gerð hálfleiðara tæki, þar með talið hvort það er IGBT eða MOSFET.