I réimse na leictreonaice cumhachta atá ag athrú go tapa, tá sé ríthábhachtach an gléas lasctha ceart a roghnú chun éifeachtúlacht, iontaofacht agus feidhmíocht a bhaint amach. Tá beirt mhór-iomaitheoirí i gceannas ar an tírdhreach maidir le feidhmchláir ardchumhachta: an Trasraitheoir geata inslithe bipolar (IGBT) agus an trasraitheoir éifeacht allamuigh-ocsaídí-ocsaídí-ocsaídeora (MOSFET). Cé go bhfreastalaíonn an bheirt acu ar chuspóir fuinnimh leictreach a athrú agus a rialú, oibríonn siad go leor difriúil agus cuireann siad buntáistí uathúla ar fáil ag brath ar an iarratas. Tá tuiscint ar a saintréithe riachtanach d'innealtóirí agus do dhearthóirí córais nuair a roghnaíonn siad an chomhpháirt is oiriúnaí dá riachtanais shonracha.
Déanaimis tumadh domhain ar an dóigh a n-oibríonn IGBTanna agus MOSFETs, a mbuntáistí agus a dteorainneacha, agus cathain is féidir gach ceann a úsáid in iarratais ardchumhachta.
Bunús na MOSFETS agus IGBTS
Is gléasanna faoi rialú voltais iad MOSFET a cheadaíonn don sruth sreabhadh ón draein go dtí an fhoinse nuair a chuirtear voltas i bhfeidhm ar an ngeata. Feidhmíonn siad trí réimse leictreach seachas instealladh iompróra, rud a fhágann go bhfuil siad thar a bheith tapa i lascadh agus go bhfuil siad oiriúnach d'oibríochtaí ardmhinicíochta. Ceann de na gnéithe sainmhínithe de MOSFETanna is ea a riachtanas reatha geata íseal, bacainní ionchuir ard, agus iompar friotaíochta líneach nuair a bhíonn siad sa stát. Fágann sé seo go bhfuil an -tóir orthu in iarratais ina bhfuil simplíocht luais agus rialaithe ríthábhachtach.
Ar an láimh eile, is hibrideach iad IGBTanna de theicneolaíochtaí MOSFET agus Trasraitheoir Acomhal Bipolar (BJT). Baineann siad úsáid as struchtúr geata MOS le haghaidh rialaithe ach láimhseálann siad sruth ar bhealach bipolar. Ceadaíonn an struchtúr seo IGBTanna chun tréithe éasca tiomána MOSFET a chur le chéile le cumais ard -láimhseála reatha agus voltais BJTS. Mar thoradh air sin, is féidir le IGBTanna suimeanna móra cumhachta a athrú le sruthanna geata measartha beag, ach tá a luas lasctha níos moille i gcomparáid le MOSFETanna.
Voltas agus láimhseáil reatha
Tá na rátálacha voltais agus reatha i measc na bparaiméadar is tábhachtaí chun cinneadh a dhéanamh maidir le MOSFET nó IGBT a úsáid. Go ginearálta, tá MOSFETanna níos éifeachtaí agus níos praiticiúla le haghaidh feidhmchlár le voltais faoi bhun 250 go 300 volta. Tá a bhfriotaíocht ar an stát (RDS (ON)) fós íseal sa raon seo, rud a chinntíonn nach bhfuil mórán caillteanais seolta agus oibriú éifeachtach ann.
Mar sin féin, de réir mar a mhéadaíonn an voltas, éiríonn go mór le frithsheasmhacht in aghaidh MOSFETanna freisin, rud a fhágann go bhfuil diomailt cumhachta níos airde ann. Seo an áit a bhfuil Igbts ag taitneamh. Láimhseálann IGBTanna ardvoltais - go tipiciúil ó 400 volta go dtí os cionn 1200 volta - i bhfad níos fearr ná MOSFETS. In ionad seoladh frithsheasmhach, taispeánann siad titim voltais sheasta (thart ar 1.5 go 2.5 volta de ghnáth) sa stát, rud a fhágann go bhfuil siad níos intuartha agus níos éifeachtaí do chásanna ardvoltais.
Mar sin, nuair a bhíonn tú ag obair le córais voltais níos ísle a éilíonn freagairt thapa agus caillteanais ísle, is iad na MOSFETanna an rogha dul chun cinn. Maidir le córais mheánmhéide agus ardvoltais, go háirithe iad siúd a bhfuil riachtanais shuntasacha reatha acu, soláthraíonn IGBTs éifeachtúlacht agus feidhmíocht níos fearr.
Cúinsí luais a athrú
Tá imeall ag MOSFETanna maidir le luas a athrú. Tá siad in ann oibriú ag minicíochtaí go maith os cionn 100 kHz, rud a fhágann go bhfuil siad oiriúnach le húsáid i soláthairtí cumhachta, tiontairí DC-DC, agus aimplitheoirí fuaime Aicme D. Cuireann easpa insteallta iompróra mionlaigh ar a gcumas athrú go tapa gan na moilleanna a bhaineann le hath -chomhdhlúthú.
Cé go bhfuil IGBTanna, cé go bhfuil siad réasúnta tapa, bíonn taithí acu ar an rud ar a dtugtar 'eireaball reatha' le linn múchta. Is é an toradh a bhíonn air seo ná an muirear stóráilte i réigiún sruth na feiste agus cuireann sé teorainn lena minicíocht lasctha go dtí áit éigin thart ar 20 go 30 kHz i bhformhór na n -iarratas praiticiúil. Má tá imní ar chaillteanais agus ar chur isteach leictreamaighnéadach (EMI), go háirithe in iarratais ardluais, bheadh MOSFET níos oiriúnaí.
Mar sin féin, i go leor córas tionsclaíoch agus feithicleach-mar thiomáineann mótair nó inbhéartaithe feithiclí leictreacha-tá minicíochtaí lasctha measartha íseal, agus tá na buntáistí a bhaineann le lascadh ardluais níos mó ná láimhseáil reatha agus voltas an IGBT.
Caillteanais agus éifeachtúlacht seolta
Braitheann éifeachtúlacht i leictreonaic chumhachta den chuid is mó ar an méid fuinnimh a chailltear le linn seoladh agus lasctha. I gcás MOSFETS, tá an caillteanas seolta i gcomhréir leis an gcearnóg den sruth arna iolrú faoin bhfriotaíocht ar an stát. Ciallaíonn sé seo, de réir mar a mhéadaíonn an reatha, go méadaíonn caillteanais seolta go tapa mura n -úsáidtear MOSFET RDS íseal (ON).
I gcodarsnacht leis sin, tá caillteanas seolta beagnach leanúnach ag IGBTanna a shainmhíníonn an titim voltais ar fud na gcríochfort astaíochtaí bailitheora nuair a bhíonn siad ar siúl. Ní athraíonn an titim seo go mór leis an sruth, rud a chiallaíonn go mbíonn IGBTanna níos éifeachtaí ag leibhéil reatha níos airde in ainneoin a luas lasctha níos moille.
Ag sruthanna agus voltais níos ísle, tá MOSFET níos éifeachtaí i gcoitinne. Ach de réir mar a mhéadaíonn na leibhéil chumhachta - go háirithe os cionn 10 gcileagram - tosaíonn IGBTanna ag feidhmiú níos fearr ná MOSFETanna mar gheall ar a gcaillteanais seolta níos ísle agus a bhfeidhmíocht theirmeach níos fearr.
Bainistíocht theirmeach agus dlús cumhachta
Is príomhchomaoin i gcónaí é teas a bhainistiú i Leictreonaic Cumhachta. Na caillteanais lasctha níos ísle de Mar thoradh ar MOSFETanna ag voltais ísle tá níos lú giniúna teasa, rud a shimplíonn riachtanais fuaraithe ina dhiaidh sin. Ina theannta sin, cuireann a méid báis níos lú agus a bpacáistiú dlúth le dlúis cumhachta níos airde i ndearaí spáis-srianta.
Ar an láimh eile, is féidir le IGBTanna leibhéil chumhachta níos mó a láimhseáil le cobhsaíocht theirmeach níos fearr, cé go ngineann siad níos mó teasa le linn lasctha. Dá bhrí sin, is minic a bhíonn réitigh fuaraithe níos airde ag teastáil ó chórais a úsáideann IGBTanna, amhail heatsinks níos mó nó modhanna fuaraithe gníomhacha.
Tá an comhbhabhtáil anseo soiléir: má éilíonn an t-iarratas ar dhlúthshuim agus ar éifeachtúlacht ag voltais níos ísle, tá MOSFET níos fearr. Ach nuair a bhíonn ualaí ardchumhachta agus ardvoltais á láimhseáil, cuireann IGBTanna seasmhacht theirmeach níos fearr ar fáil, ar choinníoll go bhfuil an bhainistíocht theirmeach chuí i bhfeidhm.
Tiomáint geata agus castacht rialaithe
Is feistí tiomáinte voltais iad IGBTanna agus MOSFETanna agus ní theastaíonn sruth leanúnach uathu chun seoladh a choinneáil, murab ionann agus BJTanna. Mar sin féin, is iondúil go dteastaíonn voltais geata níos ísle (thart ar 10V nó níos lú) ó MOSFETanna, agus tá a muirear geata níos lú, rud a cheadaíonn ciorcad tiomána níos simplí agus níos tapúla.
Is minic a éilíonn IGBTanna voltais geata beagán níos airde (± 15V de ghnáth le haghaidh lascadh iomlán), agus tá a muirear geata níos mó. Éilíonn sé seo dearadh níos cúramaí ar thiománaí an gheata, go háirithe i bhfeidhmiú ardluais nó i bhfeidhmchláir ardvoltais ina bhfuil díolúine agus uainiú torainn ríthábhachtach.
In ainneoin na ndifríochtaí seo, tá na riachtanais gheata gheata don dá cheann soláimhsithe le ciorcaid chomhtháite nua-aimseartha, cé go meastar go bhfuil MOSFET níos éasca a chur i bhfeidhm i ndearaí atá neamhdhíobhálach don thosaitheoirí nó i ndearaí íogair ó thaobh costais de.
Oiriúnacht iarratais
Úsáidtear MOSFET go forleathan in iarratais ina bhfuil luas lasctha mar thosaíocht agus tá leibhéil voltais réasúnta íseal. Ina measc seo tá tiontairí buck agus treisithe, tiománaithe LED, leictreonaic iniompartha, agus rialtóirí mótair ísealvoltais. Mar gheall ar a n -éifeachtúlacht, a méid beag, agus a rialú simplí, tá siad oiriúnach do ghléasanna tomhaltóirí agus do chiorcaid soláthair cumhachta.
Tá IGBTanna ceannasach in iarratais ina bhfuil gá le cumais ardvoltais agus ard reatha. I measc na samplaí tá tiomántáin mhótair thionsclaíocha, córais HVAC, inverters feithiclí leictreacha, trealamh táthú, agus inverters gréine. Baineann na córais seo leas as stóinseacht agus cumas an IGBT chun strus leictreach suntasach a láimhseáil gan cur isteach ar iontaofacht.
I bhfeithiclí leictreacha, mar shampla, is minic a fhaightear IGBTanna in inverters tarraingthe agus i gcórais bhainistíochta ceallraí, go háirithe i gcórais le hailtireacht 400V nó ailtireacht ceallraí níos airde. Cé go bhfuil SIC MOSFETanna ag tosú ag dul san iomaíocht sa spás seo mar gheall ar a n-ardéifeachtúlacht, tá IGBTanna fós ina rogha coitianta agus cost-éifeachtach do go leor feidhmeanna feithicleach ardchumhachta.
Treochtaí atá ag Teacht Chun Cinn: Teicneolaíochtaí Leathan Bandgap
Cé go bhfuil an díospóireacht MOSFET vs IGBT fós ábhartha, tá an tírdhreach á aistriú ag teacht chun cinn leathsheoltóirí bandgap leathan. Tairgeann Silicon Carbide (SIC) MOSFETS agus trasraitheoirí nítríde gallium (GAN) voltais mhiondealú níos airde, caillteanais lasctha níos ísle, agus seoltacht theirmeach níos fearr ná a gcomhghleacaithe sileacain-bhunaithe.
Tá SIC MOSFET, mar shampla, in ann ardvoltais a láimhseáil le luasanna lasctha an -tapa, rud a fhágann go bhfuil siad ina n -iomaitheoirí láidre i gcoinne IGBTanna sa raon 600V go 1200V. Cé go bhfuil sé níos costasaí faoi láthair, tá an bhearna praghais dúnta de réir mar a mhéadaíonn uchtáil.
Tá na teicneolaíochtaí seo thar a bheith tarraingteach i réimsí ceannródaíocha cosúil le aeraspáis, muirear tapa, agus fuinneamh in-athnuaite, áit ar fiú an costas breise éifeachtúlacht agus feidhmíocht. Mar sin féin, i gcás go leor feidhmeanna tráchtála agus tionsclaíocha, is iad Silicon MOSFET agus IGBTanna na roghanna is praiticiúla.
Smaointe Deiridh: An rogha ceart a dhéanamh
Ní cinneadh aon-oireann do gach duine é roghnú idir IGBT agus MOSFET. Braitheann sé ar éilimh shonracha d'iarratais, lena n -áirítear leibhéil voltais agus reatha, minicíocht lasctha, teorainneacha teirmeacha, srianta costais, agus castacht fhoriomlán an chórais.
Má tá voltas measartha íseal agus luas lasctha ard i gceist le d'iarratas, is dócha gurb é MOSFET an rogha is fearr. Tairgeann sé éifeachtúlacht níos fearr, rialú níos simplí, agus EMI níos ísle. Ach má oibríonn do chóras ag ardvoltas agus reatha, go háirithe nuair a bhíonn luas lasctha chomh criticiúil, soláthraíonn IGBT feidhmíocht, iontaofacht agus éifeachtúlacht fhoriomlán níos fearr.
Trí láidreachtaí oibriúcháin gach feiste a thuiscint, is féidir le hinnealtóirí roghanna dearaidh eolasacha a dhéanamh, feidhmíocht a bharrfheabhsú agus caillteanais, costas agus méid an chórais a íoslaghdú. De réir mar a leanann an teicneolaíocht ar aghaidh, go háirithe le leathsheoltóirí bandgap leathan ag dul isteach sa phríomhshruth, beidh uirlisí níos cumhachtaí ag innealtóirí chun freastal ar éilimh an chéad ghlúin eile de chórais cumhachta.
