Қуат электроникасының жылдам дамып келе жатқан өрісінде оң жақ коммутациялық құрылғыны таңдау тиімділікке, сенімділікке және жұмысқа қол жеткізу үшін өте маңызды. Жоғары қуатты қосымшалар туралы келгенде ландшафтқа екі үлкен үміткер басым беріледі: Оқшауланған қақпаның биполярлы транзисторы (IGBT) және металл-оксиді-жартылай өткізгіш өріс эффектісі транзисторы (MOFFET). Екеуі де электр энергиясын ауыстыру және басқару мақсатында олар басқаша жұмыс істейді және қолданбаға байланысты бірегей артықшылықтарды ұсынады. Олардың сипаттамаларын түсіну, инженерлер мен жүйелік дизайнерлер үшін олардың нақты талаптарын таңдау кезінде ең қолайлы компонентті таңдау қажет.
Игберлер мен Мосфеттердің қалай жұмыс істейтініне, олардың артықшылықтарына және шектеулеріне және әрқайсысын жоғары қуатты қосымшаларда пайдалану үшін терең сүңгусайық.
Мозфе мен Игсбстің негіздері
Мозфецтер - бұл кернеудің қақпаға қолданылатын кезде ағып кетуге мүмкіндік беретін кернеумен басқарылатын құрылғылар. Олар тасымалдаушы инъекциядан гөрі электр өрісі арқылы жұмыс істейді, бұл оларды ауыстырып, жоғары жиілікті операцияларға өте ыңғайлы етеді. Мозфевтің айқындылықтарының бірі - олардың төмендегі қақпасы, жоғары кіріс кедергісі, жоғары кіріс кедергісі және қашан интеграцияланған кезде сызықтық төзімділік. Бұл оларды жылдамдық пен бақылаудың маңызды болған жағдайда, оларды қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Екінші жағынан, Igbts, мосфет гибридтері және биполярлық түйіспе транзистор (BJT) технологиялары. Олар бақылау үшін MOS GATE құрылымын қолданады, бірақ токтарды биполярлы түрде ұстаңыз. Бұл құрылым мүмкіндік береді Мозфевтің оңай диск сипаттамаларын BJTS-тің жоғары және кернеулі мүмкіндіктерімен біріктіру үшін. Нәтижесінде, IGBTS көп мөлшерде қуатты салыстырмалы түрде кішкентай қақпалар токымен ауыстыра алады, бірақ олардың ауысу жылдамдығы MOSFETS-пен салыстырғанда баяу болады.
Кернеу және токпен жұмыс
Кернеу және ағымдағы рейтингтер мосфет немесе ИГB-ті қолдану туралы шешім қабылдаудың маңызды параметрлерінің бірі болып табылады. Жалпы алғанда, Моссер 250-тен 300-ге дейін кернеулі қосымшалар үшін тиімді және практикалық. Олардың мемлекеттік кедергісі (RDS (ON)) осы ауқымда төмен қалады, ол минималды шығындар мен тиімді жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.
Алайда, кернеу жоғарылаған сайын, мосфеттерге төзімділік жоғары қуатты таратуға әкеледі. Бұл жерде Igbts жарқырайды. IGBTS Жоғары кернеулерді, әдетте, әдетте, 400 вольт-тен 1200 вольт-қа дейін, мысалы, MOSFETS-тен жақсы. Резистивті өткізгіштің орнына, олар кернеудің тұрақты тосқауығын (әдетте шамамен 1,5-тен 2,5 вольт) көрсетеді, бұл оларды жоғары вольтты сценарийлер үшін болжалды және тиімді етеді.
Сонымен, жылдам жауап және аз шығындарды талап ететін төменгі вольтты жүйелермен жұмыс жасағанда, Мозфетс - бұл таңдау. Орташа және жоғары вольтты жүйелер үшін, әсіресе қазіргі кездегі талаптары бар, IGBTS тиімділік пен өнімділікке қол жеткізеді.
Ауыстыру жылдамдық туралы пікірлер
Мозфециялар ауысу жылдамдығы жағынан шеті бар. Олар 100 кГц-ден жоғары жиіліктерде жұмыс істей алады, бұл оларды қуат көздерінде, DC-DC түрлендіргіштерінде және D CLASS A дыбыстық күшейткіштерінде қолдануға өте ыңғайлы. Миноритарлық операторды тасымалдаудың болмауы оларды рекомбинациямен байланысты кідірістерсіз тез қосуға мүмкіндік береді.
Igbts, тез ораза ұстаса да, өшіру кезінде «құйрықты ағын» деп білетін нәрсе. Бұл құрылғының дрейф аймағындағы сақталған зарядталған нәтиже береді және олардың ауысу жиілігін көптеген практикалық қосымшаларда 20-дан 30-ға дейін шектейді. Егер шығындар мен электромагниттік араласу (EMI), әсіресе жылдамдықпен қосылса, әсіресе, мосфет жақсы, жақсы болады.
Алайда, көптеген индустриялық-автомобиль жүйелерінде, мысалы, моторлы жетектер немесе электр машиналары сияқты, инверторларды ауыстыру
Өткізілу шығындары мен тиімділігі
Электроника қуат көзі тиімділігі көбінесе ауысу және коммутация кезінде қанша энергия жоғалады. Мозфет үшін, өткізілу шығыны ағымдағы кедергілерге көбейтілген алаңға пропорционалды. Бұл дегеніміз, ағымдағы өсім болғандықтан, шығындар төмен RDS (қосулы) мүмкін емес болса, шығындар тез өседі.
IGBTS, керісінше, кернеуден тұрақты шығынға ие, қашан коллекторлы эмитент терминалдарында кернеу түседі. Бұл құлдырау токпен айтарлықтай өзгермейді, яғни, яғебтс өздерінің баяулау жылдамдығына қарамастан, жоғары деңгейде тиімдірек болады дегенді білдіреді.
Төменгі токтар мен кернеулерде, Мозфет, әдетте, тиімдірек. Бірақ қуат деңгейі жоғарылаған сайын, әсіресе 10 киловатт-Igbts-тен жоғары, өйткені олардың төменгі шығындары мен жылу жұмыстарының арқасында Мозфетстің басталуын бастайды.
Термиялық басқару және қуат тығыздығы
Жылуды басқару әрдайым электроникада маңызды болып табылады. Ауыстырылатын шығындар Төмен кернеулердегі Мофеттер жылу энергиясын азайтады, бұл өз кезегінде салқындату талаптарын жеңілдетеді. Бұған қоса, олардың кішірек мөлшері және ықшам орамасы ғарышқа төзімді дизайндағы тығыздықтың жоғарылауына ықпал етеді.
Екінші жағынан, IGBTs жылу тұрақтылығымен үлкен қуат деңгейін көтере алады, дегенмен олар коммутация кезінде көп жылу тудырады. Сондықтан, IGBTS-ті қолданатын жүйелер көбінесе үлкен қызып кетулер немесе белсенді салқындату әдістері сияқты кеңейтілген салқындатуға болады.
Сауда-саттықты өшіру анық: егер қосымша вольтктерде ықшамдылық пен тиімділікті талап етсе, онда мосфет жақсырақ. Бірақ жоғары қуатты және жоғары вольтты жүктеме кезінде, IGBTS дұрыс термиялық басқару орнында болған жағдайда, жылу төзімділіктерін ұсынады.
Қақпа жетек және бақылау күрделілігі
IGBTS және MOSFETS екеуі де кернеумен басқарылатын құрылғылар, және BJT-тен айырмашылығы, өткізгішті сақтау үшін үздіксіз ток қажет емес. Алайда, Мосфет әдетте төменгі қақпаның кернеуін қажет етеді (шамамен 10 В немесе одан аз), ал қақпалар зарядтары кішірейеді, қарапайым және жылдам жүруге мүмкіндік береді.
IGBTS көбінесе жоғары сапалы кернеуді қажет етеді (әдетте ± 15V толық коммутация үшін), ал олардың қақпасы зарядтары үлкенірек. Бұл қақпашылардың мұқият дизайнын, әсіресе жоғары жылдамдықты коммутация немесе жоғары вольтты қосымшаларда, шу иммунитеті мен мерзімдері өте маңызды.
Осы айырмашылықтарға қарамастан, қақпаның жетегіне қойылатын талаптар қазіргі заманғы интеграцияланған тізбектермен басқарылады, ал Мосфецтер, әдетте, жаңадан бастаушы немесе шығындарға сезімтал дизайндарда жүзеге асырылады деп саналады.
Қолданбаның жарамдылығы
Мозфецтер қосылыстарда кеңінен қолданылады, онда ауысу жылдамдығы басымдық пен кернеу деңгейі салыстырмалы түрде төмен. Оларға шелек, түрлендіргіштер, жарықдиодты драйверлер, портативті электроника және төмен вольтты мотор контроллері кіреді. Олардың тиімділігі, ұсақ мөлшері және қарапайым бақылау оларды тұтыну құрылғылары мен электрмен жабдықтау тізбектері үшін өте қолайлы етеді.
Жоғары кернеу және жоғары мүмкіндіктер қажет болған жағдайда IGBTS қосымшаларда басым. Мысалдарға өнеркәсіптік қозғалтқыш жетектері, HVAC жүйелері, электрлік инверторлар, дәнекерлеу жабдықтары және күн инверторлары кіреді. Бұл жүйелер сенімділікке нұқсан келтірместен IGBT-тің беріктігі мен маңызды электрлік стрессті жеңу мүмкіндігінің пайдасын көреді.
Мысалы, электр машиналарында, мысалы, IGBTs көбінесе тартқыш инверторлар мен батареяларды басқару жүйелерінде, әсіресе 400 В немесе батарея сәулеті бар жүйелерде кездеседі. Әзірлік Мосфеттер бұл кеңістікте олардың жоғары тиімділігіне байланысты бәсекеге түсе бастады, ал IGBTS көптеген жоғары энергетикалық автомобиль қосымшалары үшін танымал және үнемді таңдау болып қала береді.
Пайда болған тенденциялар: кең жолақ технологиялары
Мосфет VS. IGBT пікірталас әлі де өзекті болған кезде, алапандардың жартылай өткізгіштерінің пайда болуы ландшафтқа ауысады. Кремний карбиді (SIC) MOSFETS және Gallium Nitride (GAN) транзисторлары кремниймен негізделген контрагенттерге қарағанда көбірек кернеуді, коммутацияның төмен кернеуін, ал термиялық өткізгіштігін ұсынады.
Мысалы, sic mosfets, мысалы, жылдам коммутация жылдамдығымен жоғары кернеулерді өңдеуге қабілетті, оларды 600 Вт-қа дейін 600 В-ден 1200В-ге дейін. Қазіргі уақытта қымбатырақ болса да, бағалар алшақтықтың артуы аяқталады.
Бұл технологиялар әсіресе, әсіресе аэроғарыш, EV жылдам зарядтау және жаңартылатын энергия сияқты тартымды, ал тиімділік пен өнімділік қосымша құнға тұрарлық. Алайда, көптеген коммерциялық және өнеркәсіптік қосымшалар үшін кремний Мозфец пен Игбс көптеген практикалық таңдау болып қала береді.
Қорытынды ойлар: дұрыс таңдау жасау
IGBT пен MOSFET арасындағы таңдау - бұл бір өлшемді емес, барлық шешім. Бұл сіздің қосымшаның нақты талаптарына, оның ішінде кернеу мен ағымдағы деңгейлерге, ауысу жиілігіне, жылу шектерін, шығын шектеулерін және жүйенің күрделілігіне байланысты.
Егер сіздің қосымшаңыз салыстырмалы түрде төмен кернеу мен жоғары жылдамдыққа ие болса, онда мосфет ең жақсы нұсқа болуы мүмкін. Ол тиімділікті, қарапайым басқаруды және төменгі EMI ұсынады. Бірақ сіздің жүйеңіз жоғары кернеуде және токта жұмыс істейді, әсіресе коммутация жылдамдығы аз, ал IGBT жылу өнімділігі, сенімділігі және жалпы тиімділігі бар.
Әр құрылғының жұмыс күштерін түсіну инженерлерге шығындарды, шығындарды және жүйенің мөлшерін азайту кезінде өнімділікті оңтайландыруға мүмкіндік береді. Технология алға жылжуда, әсіресе негізгі ағынға кіретін алқаптың жартылай өткізгіштерімен, инженерлерде олардың иелігінде өздерінің иелігінде күшті құралдар болуы мүмкін.
