Էլեկտրական էլեկտրոնիկայի արագ զարգացող դաշտում աջ անջատիչ սարքի ընտրությունը շատ կարեւոր է արդյունավետության, հուսալիության եւ կատարողականի հասնելու համար: Երկու խոշոր մրցակիցներ գերակշռում են լանդշաֆտում, երբ խոսքը վերաբերում է բարձր էներգիայի դիմումներին. The Մեկուսացված դարպասի երկբեւեռ տրանզիստորը (IGBT) եւ մետաղական-օքսիդ-կիսահաղորդչային դաշտային-էֆեկտի տրանզիստոր (մոգեթ): Թեեւ երկուսն էլ ծառայում են էլեկտրական էներգիան միացնելու եւ վերահսկելու նպատակը, դրանք գործում են բավականին այլ կերպ եւ առաջարկում են եզակի առավելություններ, կախված դիմումից: Նրանց բնութագրերը հասկանալը անհրաժեշտ է ինժեներների եւ համակարգի դիզայներների համար `իրենց հատուկ պահանջների համար առավել հարմար բաղադրիչ ընտրելիս:
Եկեք խորը սուզվի, թե ինչպես են IGBTS- ը եւ Mosfets- ը աշխատում, դրանց առավելություններն ու սահմանափակումները, եւ երբ պետք է օգտագործել յուրաքանչյուրը բարձր էներգիայի դիմումներում:
Մոսֆետների եւ IGBTS- ի հիմունքները
Mosfets- ը լարման վերահսկվող սարքեր են, որոնք թույլ են տալիս հոսանքը հոսել ջրահեռացման աղբյուրից մինչեւ դարպասի վրա: Նրանք գործում են էլեկտրական դաշտի միջոցով, այլ ոչ թե փոխադրողի ներարկում, ինչը նրանց չափազանց արագ է դարձնում բարձր հաճախականության գործողությունների համար: Mosfets- ի սահմանված առանձնահատկություններից մեկը նրանց ցածր դարպասի ներկայիս պահանջն է, ներդրման բարձր դիմադրությունը եւ գծային դիմադրության պահվածքը, երբ վիճակում է վիճակում: Սա նրանց հանրաճանաչ է դարձնում այն ծրագրերում, որտեղ արագությունը եւ վերահսկման պարզությունը շատ կարեւոր են:
Igbts- ը, մյուս կողմից, MOSFET եւ երկբեւեռ հանգույցի (BJT) տեխնոլոգիաների հիբրիդ է: Նրանք օգտագործում են MOS դարպասի կառուցվածքը վերահսկողության համար, բայց բիբարյան ձեւով վարվում են հոսանքը: Այս կառույցը թույլ է տալիս IGBTS- ը համատեղելու համար խճանկարների հեշտ շարժիչ բնութագրերը `BJTS- ի ընթացիկ եւ լարման բարձր հնարավորություններով: Արդյունքում, IGBTS- ը կարող է մեծ քանակությամբ ուժ փոխանցել համեմատաբար փոքր դարպասի հոսանքներով, բայց դրանց անջատիչ արագությունը դանդաղ է, համեմատած Mosfets- ի համեմատ:
Լարման եւ ընթացիկ բեռնաթափում
Լարման եւ ընթացիկ վարկանիշները առավել կարեւորագույն պարամետրերից են, որոնք որոշվում են, օգտագործելով մոգեթ կամ IGBT: Ընդհանրապես, Mosfets- ը ավելի արդյունավետ է եւ գործնական է 250-ից 300 վոլտով լեռների հետ կապված ծրագրերի համար: Նրանց պետական դիմադրությունը (RDS (ON)) մնում է ցածր այս տիրույթում, որն ապահովում է կրակցման նվազագույն կորուստներ եւ արդյունավետ գործողություն:
Այնուամենայնիվ, քանի որ լարման մեծանում է, Mosfets- ի դիմադրությունը նույնպես զգալիորեն բարձրանում է, ինչը հանգեցնում է էներգիայի ավելի բարձրացման: Սա այն դեպքում, երբ Igbts- ն փայլում է: IGBTS- ը բռնում է բարձր լարման բարձր լարման, սովորաբար 400 վոլտից ավելի քան 1200 վոլտ. Շատ ավելի լավ է, քան Mosfets- ը: Դիմացրու հաղորդակցության փոխարեն նրանք ցուցադրում են ֆիքսված լարման անկում (սովորաբար մոտ 1,5-ից 2,5 վոլտ) պետության մեջ, ինչը նրանց ավելի կանխատեսելի եւ արդյունավետ է դարձնում բարձրավոլտ սցենարների համար:
Այսպիսով, ավելի ցածր լարման համակարգերով աշխատելիս, որոնք պահանջում են արագ արձագանք եւ ցածր կորուստներ, Mosfets- ը ընտրության է: Միջին եւ բարձրավոլտ համակարգերի համար հատկապես ընթացիկ էական պահանջներ ունեցող անձինք, IGBTS- ն ավելի լավ արդյունավետություն եւ կատարում է:
Անջատման արագության նկատառումները
Mosfets- ը եզրեր ունի անջատման արագության առումով: Դրանք ունակ են գործելու 100 կՀց-ից բարձր հաճախականություններում, ինչը նրանց իդեալական է դարձնում էլեկտրաէներգիայի մատակարարման, DC-DC փոխարկիչների եւ դասի աուդիո ուժեղացուցիչների օգտագործման համար: Փոքրամասնության փոխադրողի ներարկման բացակայությունը նրանց հնարավորություն է տալիս արագ անցնել առանց վերականգնման հետ կապված ձգձգումների:
IGBTS- ը, չնայած ողջամտորեն արագ, փորձեք այն, ինչը հայտնի է որպես «պոչի հոսանք»: Սա արդյունք է պահվող լիցքից սարքի Drift շրջանում եւ սահմանափակում է դրանց անցման հաճախականությունը ինչ-որ տեղ մոտ 20-ից 30 կՀց հաճախականորեն գործնական ծրագրերում: Եթե կորուստներն ու էլեկտրամագնիսական միջամտությունը (EMI) մտահոգիչ են, հատկապես արագընթաց դիմումներում, Mosfet- ը ավելի լավ տեղավորվելու է:
Այնուամենայնիվ, արդյունաբերական եւ ավտոմոբիլային բազմաթիվ համակարգերում, ինչպիսիք են շարժիչային շարժիչները կամ էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների ինվերտորների փոխարկման հաճախությունները համեմատաբար ցածր են, եւ արագընթաց անջատման առավելությունները գերակշռում են IGBT- ի բարձրակարգ ընթացիկ եւ լարման բեռնաթափմամբ:
Վարողության կորուստներ եւ արդյունավետություն
Էլեկտրոնային էլեկտրոնիկայի արդյունավետությունը մեծապես կախված է նրանից, թե որքան էներգիա է կորչում անցկացման եւ միացման ընթացքում: Mosfets- ի համար անցկացման կորուստը համաչափ է ներկայիս քառակուսի, որը բազմապատկվում է պետական դիմադրությամբ: Սա նշանակում է, որ որպես ընթացիկ աճում է, անցկացման կորուստները արագորեն աճում են, քանի դեռ օգտագործվում են ցածր RDS (ON) Mosfets:
Ի տարբերություն IGBTS- ը, անհրաժեշտության դեպքում, ունեն շուրջ կայուն պայքարի կորուստ, որը սահմանված է կոլեկտոր-արտանետվող տերմինալներով լարման անկմամբ: Այս անկումը զգալիորեն չի տարբերվում ընթացիկով, ինչը նշանակում է, որ IGBTS- ը հակված է ավելի արդյունավետ լինել ավելի բարձր մակարդակներում, չնայած նրանց դանդաղիչ արագությանը:
Ավելի ցածր հոսանքներում եւ լարումներով, Mosfets- ը, ընդհանուր առմամբ, ավելի արդյունավետ է: Բայց քանի որ էլեկտրաէներգիայի մակարդակը մեծանում է, հատկապես 10 կիլովատթս-IGBTS- ը սկսում է գերազանցել Mosfets- ը իրենց կյանքի ավելի ցածր կորուստների եւ ջերմային ավելի լավ կատարման պատճառով:
Mal երմային կառավարում եւ հոսանքի խտություն
Heat երմության կառավարումը միշտ էլ հիմնական դիտարկումը էլեկտրաէներգիայի էլեկտրոնիկայում է: Ներքեւի անջատիչ կորուստները Mosfet ածր լարման դեպքում Mosfets- ը հանգեցնում է ավելի քիչ ջերմային սերնդի, որն էլ իր հերթին պարզեցնում է հովացման պահանջները: Բացի այդ, նրանց փոքր մեռած չափը եւ կոմպակտ փաթեթավորումը նպաստում են տիեզերական սահմանափակ ձեւավորման ավելի բարձր էներգիայի խտություններին:
Մյուս կողմից, IGBTS- ը կարող է ավելի մեծ էներգիայի մակարդակներով վարվել ավելի լավ ջերմային կայունությամբ, չնայած դրանք ավելի շատ ջերմություն են առաջացնում անջատման ժամանակ: Հետեւաբար, IGBTS- ը օգտագործող համակարգերը հաճախ պահանջում են ավելի առաջադեմ հովացման լուծումներ, ինչպիսիք են ավելի մեծ տաքացման կամ հովացման ակտիվ մեթոդներ:
Այստեղ առեւտուրը պարզ է. Եթե դիմումը պահանջում է կոմպակտություն եւ արդյունավետություն ստորին լարումներում, Mosfets- ը ավելի լավն է: Բայց բարձրաստիճան եւ բարձրավոլտ բեռներ գործարկելիս IGBTS- ը առաջարկում է բարձրակարգ ջերմային կայունություն, պայմանով, որ տեղում է ջերմային ճիշտ կառավարումը:
Դարպասի սկավառակ եւ կառավարման բարդություն
Թե IGBTS- ը եւ Mosfets- ը լարման վրա հիմնված սարքեր են եւ չեն պահանջում շարունակական հոսանք, պահպանելով իրականացումներ: Այնուամենայնիվ, Mosfets- ը սովորաբար պահանջում է ավելի ցածր դարպասի լարում (շուրջ 10 վ կամ պակաս), եւ նրանց դարպասի լիցքը փոքր է, թույլ տալով ավելի պարզ եւ արագ սկավառակ:
IGBTS- ը հաճախ պահանջում է մի փոքր ավելի բարձր դարպասի լարում (սովորաբար ± 15V ամբողջական անջատման համար), եւ նրանց դարպասի լիցքն ավելի մեծ է: Սա պահանջում է դարպասի վարորդի ավելի ուշադիր ձեւավորում, հատկապես բարձր արագությամբ անջատիչ կամ բարձրավոլտ ծրագրերում, որտեղ աղմուկի անձեռնմխելիությունն ու ժամկետները կրիտիկական են:
Չնայած այս տարբերություններին, երկուսի համար դարպասի քշելու պահանջները կառավարվում են ժամանակակից ինտեգրված սխեմաներով, չնայած որ Mosfets- ը, ընդհանուր առմամբ, ավելի հեշտ է համարվում սկսնակ-բարեկամական կամ ծախսերի զգայուն ձեւավորումների իրականացում:
Դիմումի համապատասխանություն
Mosfets- ը լայնորեն կիրառվում է դիմումներում, երբ անջատիչ արագությունը առաջնային է, եւ լարման մակարդակները համեմատաբար ցածր են: Դրանք ներառում են BUSH եւ խթանող փոխարկիչներ, ղեկավարվող վարորդներ, շարժական էլեկտրոնիկա եւ ցածր լարման շարժիչային կարգավորիչներ: Նրանց արդյունավետությունը, փոքր չափը եւ պարզ վերահսկողությունը նրանց համար իդեալական են սպառողական սարքերի եւ էլեկտրամատակարարման սխեմաների համար:
IGBTS- ը գերակշռում են այն ծրագրերում, որտեղ անհրաժեշտ են բարձր լարման եւ բարձր ընթացիկ հնարավորություններ: Օրինակներ ներառում են արդյունաբերական շարժիչային շարժիչներ, HVAC համակարգեր, էլեկտրական տրանսպորտային միջոցների ինվերտորներ, եռակցման սարքավորումներ եւ արեւային ինվերտերներ: Այս համակարգերը օգուտ են քաղում IGBT- ի կայունությունից եւ էական էլեկտրական սթրեսը կարգավորելու հնարավորությունից `առանց հուսալիության վարկաբեկելու:
Օրինակ, էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում IGBTS- ը հաճախ հայտնաբերվում է քաշման ինվերտորների եւ մարտկոցի կառավարման համակարգերում, հատկապես 400 վ կամ ավելի բարձր ճարտարապետությամբ համակարգերում: Մինչ SIC Mosfets- ը սկսում է մրցել այս տարածքում, նրանց բարձր արդյունավետության պատճառով, IGBTS- ը շարունակում է մնալ հանրաճանաչ եւ ծախսարդյունավետ ընտրություն շատ բարձր էներգիայի ավտոմոբիլային ծրագրերի համար:
Զարգացող միտումներ. Bandgap- ի լայն տեխնոլոգիաներ
Մինչ MOSFET ընդդեմ IGBE- ի բանավեճը դեռեւս արդիական է, լայնաշնորհի լայնածավալ կիսահաղորդիչների առաջացումը տեղափոխում է լանդշաֆտը: Silicon Carbide (SIC) Mosfets եւ Gallium Nitride (GAN) տրանզիստորներ առաջարկում են ավելի բարձր տրոհման լարում, ավելի ցածր անջատիչ կորուստներ եւ ջերմային ավելի լավ հաղորդունակություն, քան իրենց սիլիկոնային գործընկերները:
Օրինակ, SIC Mosfets- ը ունակ է շատ արագ անցման արագությամբ բեռնաթափել բարձր լարման արագություններով, ինչը նրանց ուժեղ հավակնորդներ է առաջացնում 600V-ից 1200V միջակայքում: Թեեւ ներկայումս ավելի թանկ է, գների բացը փակվում է, քանի որ ընդունումը մեծանում է:
Այս տեխնոլոգիաները հատկապես գրավիչ են օդատիեզերական, EV արագ լիցքավորման եւ վերականգնվող էներգիայի, որտեղ արդյունավետության եւ արդյունավետության արդյունավետությունն արժե լրացուցիչ ծախս: Այնուամենայնիվ, շատ առեւտրային եւ արդյունաբերական ծրագրերի համար սիլիկոնային մոզաֆետներն ու IGBTS- ը մնում են առավել գործնական ընտրություն:
Վերջնական մտքեր. Ճիշտ ընտրություն կատարելը
IGBT- ի եւ Mosfet- ի միջեւ ընտրելը մեկ չափի տեղավորվող չէ: Դա կախված է ձեր դիմումի հատուկ պահանջներից, ներառյալ լարման եւ ընթացիկ մակարդակների, հաճախականության, ջերմային սահմանների, ծախսերի սահմանափակումների եւ համակարգի ընդհանուր բարդության:
Եթե ձեր դիմումը ներառում է համեմատաբար ցածր լարման եւ բարձր անջատիչ արագություն, ապա Mosfet- ը, հավանաբար, լավագույն տարբերակն է: Այն առաջարկում է ավելի լավ արդյունավետություն, ավելի պարզ վերահսկողություն եւ ցածր EMI: Բայց եթե ձեր համակարգը գործում է բարձր լարման եւ հոսանքի դեպքում, մասնավորապես, երբ անջատիչ արագությունը պակաս կարեւոր է, ապա IGBT- ն ապահովում է ավելի լավ ջերմային արդյունավետություն, հուսալիություն եւ ընդհանուր արդյունավետություն:
Յուրաքանչյուր սարքի գործառնական ուժեղ կողմերը հասկանալը թույլ է տալիս ինժեներներին տեղեկացված ձեւափոխել ընտրություններ, օպտիմալացնել կատարումը `կորուստները, արժեքը եւ համակարգի չափը նվազագույնի հասցնելով: Քանի որ տեխնոլոգիան շարունակում է առաջ տանել, մասնավորապես `լայնաշնորհի լայնածավալ կիսահաղորդիչների հետ, որոնք մտնում են հիմնական հոսանք, ճարտարագետները իրենց տրամադրության տակ կունենան ավելի հզոր գործիքներ` հաջորդ սերնդի պահանջները բավարարելու համար:
