នៅក្នុងវិស័យដែលវិវឌ្ឍយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃអេឡិចត្រូនិចថាមពល ការជ្រើសរើសឧបករណ៍ប្តូរត្រឹមត្រូវគឺមានសារៈសំខាន់ក្នុងការសម្រេចបាននូវប្រសិទ្ធភាព ភាពជឿជាក់ និងដំណើរការ។ គូប្រជែងធំៗចំនួនពីរគ្រប់គ្រងទេសភាពនៅពេលនិយាយអំពីកម្មវិធីថាមពលខ្ពស់៖ Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) និង Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET)។ ទោះបីជាទាំងពីរបម្រើគោលបំណងនៃការប្តូរ និងគ្រប់គ្រងថាមពលអគ្គិសនីក៏ដោយ ពួកវាដំណើរការខុសគ្នា និងផ្តល់អត្ថប្រយោជន៍ពិសេសអាស្រ័យលើកម្មវិធី។ ការយល់ដឹងអំពីលក្ខណៈរបស់ពួកគេគឺចាំបាច់សម្រាប់វិស្វករនិងអ្នករចនាប្រព័ន្ធនៅពេលជ្រើសរើសសមាសធាតុដែលសមស្របបំផុតសម្រាប់តម្រូវការជាក់លាក់របស់ពួកគេ។
ចូរយើងពិចារណាឱ្យបានស៊ីជម្រៅអំពីរបៀបដែល IGBTs និង MOSFETs ដំណើរការ គុណសម្បត្តិ និងដែនកំណត់របស់វា និងពេលណាដែលត្រូវប្រើនីមួយៗក្នុងកម្មវិធីដែលមានថាមពលខ្ពស់។
មូលដ្ឋានគ្រឹះនៃ MOSFETs និង IGBTs
MOSFETs គឺជាឧបករណ៍គ្រប់គ្រងវ៉ុលដែលអនុញ្ញាតឱ្យចរន្តហូរចេញពីបំពង់បង្ហូរទៅប្រភពនៅពេលដែលវ៉ុលមួយត្រូវបានអនុវត្តទៅច្រកទ្វារ។ ពួកវាដំណើរការតាមរយៈវាលអគ្គីសនីជាជាងការចាក់បញ្ចូលតាមក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូន ដែលធ្វើអោយពួកវាមានល្បឿនលឿនក្នុងការប្តូរ និងស័ក្តិសមសម្រាប់ប្រតិបត្តិការដែលមានប្រេកង់ខ្ពស់។ លក្ខណៈពិសេសកំណត់មួយនៃ MOSFETs គឺតម្រូវការបច្ចុប្បន្នច្រកទ្វារទាប ភាពធន់បញ្ចូលខ្ពស់ និងឥរិយាបទធន់ទ្រាំលីនេអ៊ែរនៅពេលស្ថិតក្នុងស្ថានភាព។ នេះធ្វើឱ្យពួកគេពេញនិយមនៅក្នុងកម្មវិធីដែលល្បឿន និងភាពងាយស្រួលនៃការគ្រប់គ្រងមានសារៈសំខាន់ណាស់។
ម្យ៉ាងវិញទៀត IGBTs គឺជាកូនកាត់នៃបច្ចេកវិទ្យា MOSFET និង bipolar junction transistor (BJT) ។ ពួកគេប្រើប្រាស់រចនាសម្ព័ន្ធច្រកទ្វារ MOS សម្រាប់ការគ្រប់គ្រង ប៉ុន្តែគ្រប់គ្រងចរន្តក្នុងលក្ខណៈ bipolar ។ រចនាសម្ព័ន្ធនេះអនុញ្ញាតឱ្យ IGBTs ដើម្បីរួមបញ្ចូលគ្នានូវលក្ខណៈដ្រាយងាយស្រួលរបស់ MOSFETs ជាមួយនឹងសមត្ថភាពគ្រប់គ្រងចរន្ត និងវ៉ុលខ្ពស់របស់ BJTs ។ ជាលទ្ធផល IGBTs អាចប្តូរថាមពលដ៏ធំជាមួយនឹងចរន្តច្រកតូច ប៉ុន្តែល្បឿនប្តូររបស់វាយឺតជាងបើប្រៀបធៀបទៅនឹង MOSFETs ។
វ៉ុលនិងការគ្រប់គ្រងបច្ចុប្បន្ន
ការវាយតម្លៃវ៉ុល និងបច្ចុប្បន្នគឺជាប៉ារ៉ាម៉ែត្រសំខាន់បំផុតក្នុងការសម្រេចចិត្តថាតើត្រូវប្រើ MOSFET ឬ IGBT ។ និយាយជាទូទៅ MOSFETs កាន់តែមានប្រសិទ្ធភាព និងជាក់ស្តែងសម្រាប់កម្មវិធីដែលមានវ៉ុលក្រោម 250 ទៅ 300 វ៉ុល។ ភាពធន់នៅលើរដ្ឋ (Rds(on)) របស់ពួកគេនៅតែមានកម្រិតទាបនៅក្នុងជួរនេះ ដែលធានានូវការបាត់បង់ចរន្តតិចតួច និងប្រតិបត្តិការប្រកបដោយប្រសិទ្ធភាព។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយនៅពេលដែលវ៉ុលកើនឡើង ភាពធន់នៃ MOSFETs ក៏កើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង ដែលនាំឱ្យមានការសាយភាយថាមពលកាន់តែខ្ពស់។ នេះគឺជាកន្លែងដែល IGBTs ភ្លឺ។ IGBTs គ្រប់គ្រងវ៉ុលខ្ពស់ - ជាធម្មតាពី 400 វ៉ុលទៅជាង 1200 វ៉ុល - ល្អជាង MOSFETs ។ ជំនួសឱ្យការទប់ទល់ ពួកវាបង្ហាញការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុងថេរ (ជាធម្មតាប្រហែលពី 1.5 ទៅ 2.5 វ៉ុល) នៅក្នុងស្ថានភាពដែលធ្វើឲ្យពួកវាអាចទស្សន៍ទាយបានកាន់តែច្រើន និងមានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់សេណារីយ៉ូតង់ស្យុងខ្ពស់។
ដូច្នេះនៅពេលធ្វើការជាមួយប្រព័ន្ធតង់ស្យុងទាបដែលទាមទារការឆ្លើយតបរហ័សនិងការខាតបង់ទាប MOSFET គឺជាជម្រើស។ សម្រាប់ប្រព័ន្ធតង់ស្យុងមធ្យមទៅខ្ពស់ ជាពិសេសអ្នកដែលមានតម្រូវការបច្ចុប្បន្នច្រើន IGBTs ផ្តល់នូវប្រសិទ្ធភាព និងដំណើរការកាន់តែប្រសើរ។
ការផ្លាស់ប្តូរការពិចារណាល្បឿន
MOSFETs មានគែមមួយទាក់ទងនឹងល្បឿនប្តូរ។ ពួកវាមានសមត្ថភាពដំណើរការនៅប្រេកង់បានយ៉ាងល្អលើសពី 100 kHz ដែលធ្វើឱ្យវាល្អសម្រាប់ប្រើប្រាស់ក្នុងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពល ឧបករណ៍បំប្លែង DC-DC និងឧបករណ៍ពង្រីកអូឌីយ៉ូ Class D ។ អវត្ដមាននៃការចាក់ថ្នាំអ្នកផ្ទុកមេរោគតូចតាចអាចឱ្យពួកគេផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងឆាប់រហ័សដោយគ្មានការពន្យារពេលដែលទាក់ទងនឹងការផ្សំឡើងវិញ។
IGBTs ទោះបីជាមានល្បឿនលឿនសមហេតុផលក៏ដោយ ក៏ជួបប្រទះនូវអ្វីដែលត្រូវបានគេស្គាល់ថាជា 'ចរន្តកន្ទុយ' កំឡុងពេលបិទ។ នេះបណ្តាលមកពីការគិតថ្លៃដែលបានរក្សាទុកនៅក្នុងតំបន់រសាត់របស់ឧបករណ៍ និងកំណត់ប្រេកង់ប្តូររបស់ពួកគេទៅកន្លែងណាមួយនៅជុំវិញ 20 ទៅ 30 kHz នៅក្នុងកម្មវិធីជាក់ស្តែងភាគច្រើន។ ប្រសិនបើការផ្លាស់ប្តូរការបាត់បង់ និងការជ្រៀតជ្រែកអេឡិចត្រូម៉ាញេទិក (EMI) គឺជាក្តីកង្វល់ ជាពិសេសនៅក្នុងកម្មវិធីដែលមានល្បឿនលឿន MOSFET នឹងសមជាង។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅក្នុងប្រព័ន្ធឧស្សាហកម្ម និងរថយន្តជាច្រើនដូចជា ដ្រាយម៉ូទ័រ ឬអាំងវឺរទ័ររថយន្តអគ្គិសនី ប្រេកង់ប្តូរមានកម្រិតទាប ហើយអត្ថប្រយោជន៍នៃការប្តូរល្បឿនលឿនគឺលើសពីការដោះស្រាយចរន្ត និងវ៉ុលខ្ពស់របស់ IGBT ។
ការបាត់បង់ការអនុវត្ត និងប្រសិទ្ធភាព
ប្រសិទ្ធភាពនៃថាមពលអេឡិចត្រូនិចភាគច្រើនអាស្រ័យទៅលើចំនួនថាមពលដែលបាត់បង់ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការ និងប្តូរ។ សម្រាប់ MOSFETs ការបាត់បង់ conduction គឺសមាមាត្រទៅនឹងការ៉េនៃចរន្តដែលគុណនឹងភាពធន់នឹងរដ្ឋ។ នេះមានន័យថានៅពេលដែលការកើនឡើងនាពេលបច្ចុប្បន្ន ការបាត់បង់ចរន្តកើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័ស លុះត្រាតែ Rds(on) MOSFETs ទាបត្រូវបានប្រើ។
ផ្ទុយទៅវិញ IGBTs មានការបាត់បង់ចរន្តស្ទើរតែថេរដែលកំណត់ដោយការធ្លាក់ចុះតង់ស្យុងឆ្លងកាត់ស្ថានីយប្រមូល-បញ្ចេញនៅពេលបើក។ ការធ្លាក់ចុះនេះមិនប្រែប្រួលខ្លាំងជាមួយនឹងចរន្តទេ ដែលមានន័យថា IGBTs មានទំនោរនឹងមានប្រសិទ្ធភាពជាងនៅកម្រិតបច្ចុប្បន្នខ្ពស់ជាង ទោះបីជាល្បឿនប្តូរយឺតរបស់វាក៏ដោយ។
នៅចរន្តនិងវ៉ុលទាប MOSFET ជាទូទៅមានប្រសិទ្ធភាពជាង។ ប៉ុន្តែនៅពេលដែលកម្រិតថាមពលកើនឡើង - ជាពិសេសលើសពី 10 គីឡូវ៉ាត់ - IGBTs ចាប់ផ្តើមដំណើរការលើសពី MOSFETs ដោយសារតែការបាត់បង់ចរន្តទាប និងដំណើរការកម្ដៅប្រសើរជាងមុន។
ការគ្រប់គ្រងកំដៅ និងដង់ស៊ីតេថាមពល
ការគ្រប់គ្រងកំដៅគឺតែងតែជាការពិចារណាដ៏សំខាន់នៅក្នុងអេឡិចត្រូនិចថាមពល។ ការបាត់បង់ការផ្លាស់ប្តូរទាប MOSFETs នៅតង់ស្យុងទាបនាំអោយមានការបង្កើតកំដៅតិច ដែលជួយសម្រួលដល់តម្រូវការត្រជាក់។ លើសពីនេះ ទំហំស្លាប់តូចជាង និងការវេចខ្ចប់តូចជាងមុន រួមចំណែកដល់ដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់នៅក្នុងការរចនាដែលដាក់កំហិតក្នុងលំហ។
ម្យ៉ាងវិញទៀត IGBTs អាចគ្រប់គ្រងកម្រិតថាមពលធំជាងមុន ជាមួយនឹងស្ថេរភាពកម្ដៅកាន់តែប្រសើរ ទោះបីជាវាបង្កើតកំដៅកាន់តែច្រើនក្នុងអំឡុងពេលប្តូរក៏ដោយ។ ដូច្នេះហើយ ប្រព័ន្ធដែលប្រើ IGBTs ច្រើនតែត្រូវការដំណោះស្រាយត្រជាក់កម្រិតខ្ពស់បន្ថែមទៀត ដូចជា heatsinks ធំជាង ឬវិធីធ្វើឱ្យត្រជាក់សកម្ម។
ការដោះដូរនៅទីនេះគឺច្បាស់ណាស់៖ ប្រសិនបើកម្មវិធីទាមទារភាពបង្រួម និងប្រសិទ្ធភាពនៅតង់ស្យុងទាប MOSFETs គឺប្រសើរជាង។ ប៉ុន្តែនៅពេលគ្រប់គ្រងបន្ទុកថាមពលខ្ពស់ និងវ៉ុលខ្ពស់ IGBTs ផ្តល់នូវការស៊ូទ្រាំកម្ដៅដ៏ល្អឥតខ្ចោះ ដោយផ្តល់ថាការគ្រប់គ្រងកម្ដៅបានត្រឹមត្រូវ។
ច្រកទ្វារនិងភាពស្មុគស្មាញនៃការគ្រប់គ្រង
ទាំង IGBTs និង MOSFETs គឺជាឧបករណ៍ដែលជំរុញដោយវ៉ុល ហើយមិនត្រូវការចរន្តបន្តដើម្បីរក្សាចរន្ត មិនដូច BJTs ទេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ MOSFETs ជាធម្មតាត្រូវការវ៉ុលច្រកទ្វារទាប (ប្រហែល 10V ឬតិចជាងនេះ) ហើយបន្ទុកច្រកទ្វាររបស់វាមានទំហំតូចជាង ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានសៀគ្វីដ្រាយសាមញ្ញ និងលឿនជាងមុន។
IGBTs ជាញឹកញាប់ត្រូវការវ៉ុលច្រកទ្វារខ្ពស់ជាងបន្តិច (ជាធម្មតា ± 15V សម្រាប់ការប្តូរពេញលេញ) ហើយការគិតថ្លៃច្រកទ្វាររបស់ពួកគេធំជាង។ នេះតម្រូវឱ្យមានការរចនាដោយប្រុងប្រយ័ត្នបន្ថែមទៀតនៃកម្មវិធីបញ្ជាច្រកទ្វារ ជាពិសេសនៅក្នុងកម្មវិធីប្តូរល្បឿនលឿន ឬវ៉ុលខ្ពស់ ដែលភាពស៊ាំនឹងសំឡេងរំខាន និងពេលវេលាមានសារៈសំខាន់។
ទោះបីជាមានភាពខុសប្លែកគ្នាទាំងនេះក៏ដោយ តម្រូវការច្រកទ្វារសម្រាប់ទាំងពីរគឺអាចគ្រប់គ្រងបានជាមួយនឹងសៀគ្វីរួមបញ្ចូលគ្នាទំនើប ទោះបីជា MOSFETs ត្រូវបានគេចាត់ទុកថាងាយស្រួលជាងក្នុងការអនុវត្តក្នុងការរចនាដែលងាយស្រួលប្រើដំបូង ឬតម្លៃដែលប្រកាន់អក្សរតូចធំក៏ដោយ។
ភាពសមស្របនៃកម្មវិធី
MOSFETs ត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងកម្មវិធីដែលល្បឿនប្តូរជាអាទិភាព ហើយកម្រិតវ៉ុលមានកម្រិតទាប។ ទាំងនេះរួមមាន buck and boost converters, LED drivers, portable electronics, and low-voltage motor controllers. ប្រសិទ្ធភាព ទំហំតូច និងការគ្រប់គ្រងសាមញ្ញ ធ្វើឱ្យពួកវាល្អសម្រាប់ឧបករណ៍ប្រើប្រាស់ និងសៀគ្វីផ្គត់ផ្គង់ថាមពល។
IGBTs មានភាពលេចធ្លោនៅក្នុងកម្មវិធីដែលវ៉ុលខ្ពស់ និងសមត្ថភាពបច្ចុប្បន្នខ្ពស់គឺចាំបាច់។ ឧទាហរណ៍រួមមាន ម៉ូទ័រម៉ូទ័រឧស្សាហកម្ម ប្រព័ន្ធ HVAC អាំងវឺតទ័ររថយន្តអគ្គិសនី ឧបករណ៍ផ្សារ និងឧបករណ៍បំលែងថាមពលពន្លឺព្រះអាទិត្យ។ ប្រព័ន្ធទាំងនេះទទួលបានអត្ថប្រយោជន៍ពីភាពរឹងមាំ និងសមត្ថភាពរបស់ IGBT ដើម្បីដោះស្រាយភាពតានតឹងអគ្គិសនីយ៉ាងសំខាន់ដោយមិនធ្វើឱ្យប៉ះពាល់ដល់ភាពជឿជាក់។
ឧទាហរណ៍នៅក្នុងរថយន្តអគ្គិសនី IGBTs ត្រូវបានរកឃើញជាញឹកញាប់នៅក្នុង traction inverters និងប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងថ្ម ជាពិសេសនៅក្នុងប្រព័ន្ធដែលមានស្ថាបត្យកម្មថ្ម 400V ឬខ្ពស់ជាងនេះ។ ខណៈពេលដែល SiC MOSFETs កំពុងចាប់ផ្តើមប្រកួតប្រជែងក្នុងលំហនេះ ដោយសារតែប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ IGBTs នៅតែជាជម្រើសដ៏ពេញនិយម និងសន្សំសំចៃសម្រាប់កម្មវិធីរថយន្តដែលមានថាមពលខ្ពស់ជាច្រើន។
និន្នាការដែលកំពុងរីកចម្រើន៖ បច្ចេកវិទ្យា Bandgap ធំទូលាយ
ខណៈពេលដែលការជជែកដេញដោលរបស់ MOSFET ទល់នឹង IGBT នៅតែពាក់ព័ន្ធ ការលេចចេញនូវឧបករណ៍ពាក់កណ្តាលចរន្តធំទូលាយកំពុងផ្លាស់ប្តូរទិដ្ឋភាព។ Silicon carbide (SiC) MOSFETs និង transistors gallium nitride (GaN) ផ្តល់នូវវ៉ុលបំបែកខ្ពស់ ការបាត់បង់ការផ្លាស់ប្តូរទាប និងចរន្តកំដៅប្រសើរជាងសមភាគីដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។
ជាឧទាហរណ៍ SiC MOSFETs មានសមត្ថភាពគ្រប់គ្រងវ៉ុលខ្ពស់ជាមួយនឹងល្បឿនប្តូរលឿនខ្លាំង ដែលធ្វើអោយពួកវាមានការប្រកួតប្រជែងខ្លាំងប្រឆាំងនឹង IGBTs ក្នុងជួរ 600V ទៅ 1200V ។ ទោះបីជាបច្ចុប្បន្នមានតម្លៃថ្លៃជាង ប៉ុន្តែគម្លាតតម្លៃកំពុងបិទនៅពេលការសុំកូនចិញ្ចឹមកើនឡើង។
បច្ចេកវិទ្យាទាំងនេះមានភាពទាក់ទាញជាពិសេសនៅក្នុងវិស័យទំនើបៗ ដូចជាលំហអាកាស ការសាកថ្មលឿន EV និងថាមពលកកើតឡើងវិញ ដែលប្រសិទ្ធភាព និងដំណើរការមានតម្លៃថ្លៃបន្ថែម។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្រាប់កម្មវិធីពាណិជ្ជកម្ម និងឧស្សាហកម្មជាច្រើន ស៊ីលីកុន MOSFETs និង IGBTs នៅតែជាជម្រើសជាក់ស្តែងបំផុត។
គំនិតចុងក្រោយ៖ ជ្រើសរើសត្រឹមត្រូវ។
ការជ្រើសរើសរវាង IGBT និង MOSFET មិនមែនជាការសម្រេចចិត្តដែលមានទំហំតែមួយនោះទេ។ វាអាស្រ័យលើតម្រូវការជាក់លាក់នៃកម្មវិធីរបស់អ្នក រួមទាំងកម្រិតវ៉ុល និងបច្ចុប្បន្ន ប្រេកង់ប្តូរ ដែនកំណត់កម្ដៅ កម្រិតចំណាយ និងភាពស្មុគស្មាញនៃប្រព័ន្ធទាំងមូល។
ប្រសិនបើកម្មវិធីរបស់អ្នកពាក់ព័ន្ធនឹងតង់ស្យុងទាប និងល្បឿនប្តូរខ្ពស់ MOSFET ទំនងជាជម្រើសដ៏ល្អបំផុត។ វាផ្តល់នូវប្រសិទ្ធភាពកាន់តែប្រសើរ ការគ្រប់គ្រងកាន់តែងាយស្រួល និង EMI ទាប។ ប៉ុន្តែប្រសិនបើប្រព័ន្ធរបស់អ្នកដំណើរការនៅតង់ស្យុងខ្ពស់ និងចរន្ត ជាពិសេសកន្លែងដែលល្បឿនប្តូរមិនសូវសំខាន់ IGBT ផ្តល់នូវដំណើរការកម្ដៅ ភាពជឿជាក់ និងប្រសិទ្ធភាពរួមកាន់តែប្រសើរ។
ការយល់ដឹងអំពីភាពខ្លាំងនៃប្រតិបត្តិការនៃឧបករណ៍នីមួយៗអនុញ្ញាតឱ្យវិស្វករធ្វើការជ្រើសរើសការរចនាដែលមានព័ត៌មាន បង្កើនប្រសិទ្ធភាពប្រតិបត្តិការ ខណៈពេលដែលកាត់បន្ថយការខាតបង់ ការចំណាយ និងទំហំប្រព័ន្ធ។ នៅពេលដែលបច្ចេកវិទ្យាបន្តរីកចម្រើន ជាពិសេសជាមួយនឹងឧបករណ៍ semiconductors bandgap ដ៏ធំទូលាយដែលចូលទៅក្នុងចរន្តអគ្គិសនី វិស្វករនឹងមានឧបករណ៍ដែលមានថាមពលខ្លាំងជាងមុនក្នុងការចោលរបស់ពួកគេ ដើម្បីបំពេញតម្រូវការនៃប្រព័ន្ធថាមពលជំនាន់ក្រោយ។
