MOSFET / IGBT

MOSFETs (Metal-Oקסיד-סemiconductor ושדה-ההשפעה טransistor) ו-IGBTs (אנימבודד-Gאכלתי בipolar טransistor) הם טרנזיסטורי כוח המשמשים לשליטה בפלט בכונני סרוו רבים. שני טרנזיסטורי הכוח הם שלושה התקני מוליכים למחצה מסוף המשמשים למיתוג ולהגברת אותות אלקטרוניים.

MOSFET

ה-MOSFET הוא טרנזיסטור אפקט שדה המורכב משלושה מרכיבים: מקור, ניקוז ושער. ה-MOSFET פועל על ידי שינוי הרוחב של תעלה בין צמתי המקור והניקוז שלאורכם זורמים נושאי מטען. המתח המופעל על פני השער שולט בגודל התעלה שקובע את זרימת הזרם לתוך הניקוז. ל-MOSFETs יש רק 2 שכבות של מצע מסוג P ו-N אשר מוריד את קיבולת המתח שלהם בהשוואה ל-IGBTs אך מאפשר להם להתמודד עם מהירויות מיתוג מהירות יותר. מכשירי MOSFET עדכניים יותר הצליחו להתמודד עם מתחים גבוהים בהרבה, אבל זה מגיע עם גודל ועלות מוגדלים. MOSFETs נמצאים בשימוש נפוץ באלקטרוניקה לרכב וברובוטיקה בגלל מהירויות ההחלפה המהירה שלהם. MOSFETs יכולים לשמש גם עבור יישומים תעשייתיים רבים בהתאם לתנאי המתח והמיתוג.

IGBT

ה-IGBT הוא טרנזיסטור דו-קוטבי, המורכב גם משלושה מרכיבים: פולט, קולט ושער. ל-IGBTs יש יכולות כניסה עם זרם גבוה ומתח רוויה נמוך של טרנזיסטורים דו-קוטביים עם מאפייני המוצא של MOSFET. שלא כמו MOSFETs, IGBTs נשלטים בזרם, ומייצרים שדה מגנטי ולא שדה חשמלי וזרם דומיננטי של נושאי מיעוט. ל-IGBT יש שכבות מרובות של מצע P ו-N המעניקים להם את היתרון בטיפול במתחים גבוהים בהשוואה ל-MOSFET. שכבות נוספות אלו מגיעות עם החיסרון של מהירויות מיתוג נמוכות יותר, אולם חידושים בטכנולוגיית IGBT אפשרו לטרנזיסטורים אלו מהירויות מיתוג דומות ל-MOSFET. IGBTs משמשים ביישומי תעשייה ומכוניות רבים ונוטים להיות מועדפים עבור מכשירי חשמל ביתיים כגון יחידות מיזוג אוויר ומקררים. כמו MOSFETs, היישומים הספציפיים של IGBTs תלויים במתח ובתנאי מיתוג.

השוואת MOSFET לעומת IGBT

MOSFET IGBT
דמיון בבנייה מורכב ממצעים מסוג P ו-N כדי לאפשר ולשלוט בזרימת הזרם
הבדלי בנייה שתי שכבות של מצע מסוג P ו-N מסייעות בתדר מיתוג גבוה, מכילות דיודה לניקוז גוף שכבות מרובות של מצע P ו-N מעניקות ל-IGBT מוליכות גבוהה, אין לה דיודה לניקוז גוף
לִשְׁלוֹט התקני ספקי רוב מונעי מתח, מייצרים שדה חשמלי מכשירי מיעוט נשלטים נוכחיים, מייצרים שדה מגנטי
שימושים ניתן להשתמש בכוננים דיגיטליים ואנלוגיים, שניהם משמשים בכונני סרוו מדף ובהתאמה אישית. הגדלים הקטנים שלהם הובילו לאפשרות של כונני סרוו קטנים יותר כמו סדרת µZ
דמיון בממשק שלושה טרנזיסטורים טרמינלים המורכבים ממעגל הנעה שער פשוט יחסית
הבדלי ממשק מקור, ניקוז, שער פולט, אספן, שער
מתח הפעלה בדרך כלל <250V מסוגל מעל 1000V
תדר מיתוג גבוה +100kHz נמוך ~20kHz

הִיסטוֹרִיָה

לפני שה-MOSFET הוצגו לראשונה בשנות ה-60 של המאה ה-20, טרנזיסטורים דו-קוטביים היו טרנזיסטורי הכוח האמיתיים היחידים בשוק. יוליוס לילינפלד למעשה תיאר מכשיר דומה מאוד לטרנזיסטור אפקט שדה בשנת 1926, שנים לפני שאפילו הטרנזיסטור הדו-קוטבי הוצג, אך הוא מעולם לא יוצר משום שחסר לו הכרח בחידוש העיקרי של אותה תקופה: הטלפון. טרנזיסטורים דו-קוטביים נשלטים בזרם, דורשים זרם בסיס גבוה כדי להפעיל, ואחראים לכמויות גבוהות של בריחה תרמית. MOSFETs מספקים את אותן יכולות של טרנזיסטורים דו-קוטביים אך נשלטים על ידי המתח במסוף השער ולא על ידי הזרם, מה שמאפשר להם להשתמש בהרבה פחות חשמל כדי להפעיל. MOSFETs הצליחו להפוך לקטנים בהרבה מטרנזיסטורים דו-קוטביים, בעלי מהירות מיתוג מהירה יותר, לאפשר צפיפות גבוהה בהרבה ולמזער את הברייחה התרמית. הגודל הקטן של טרנזיסטורי הכוח של MOSFET אפשר יצירת מעגלים משולבים בצפיפות גבוהה כגון שבבי זיכרון ומיקרו-מעבדים אשר חוללו מהפכה בתעשיית האלקטרוניקה.

בשנות ה-80 IGBTs הוצגו כהכלאה בין טרנזיסטורים דו-קוטביים ל-MOSFET. הצורך בטרנזיסטור יעיל וחזק יותר התעורר כאשר GE ביקשה מ-Bantval Baliga להפוך יחידות מיזוג אוויר לחסכוניות יותר באנרגיה, שכן ה-MOSFETs של אז לא היו מסוגלים לפעול ביעילות במתחים כה גבוהים. Baliga שילבה את מאפייני הכניסה של טרנזיסטור דו-קוטבי עם מאפייני הפלט של MOSFET כדי ליצור טרנזיסטור שיוכל לתפקד ביעילות במתחים ובטמפרטורות גבוהות יותר תוך שמירה על אנרגיה.

חידושים עתידיים

Bantval Jayant Baliga, ממציא ה-IGBT, שואף כעת לחולל מהפכה ולהחליף IGBTs ו-MOSFETs בטרנזיסטורי כוח סיליקון קרביד. במהלך מחקר באוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט, באליגה גילתה שסיליקון קרביד הוכיח את עצמו כיעיל ביותר מפי 100 מהסיליקון שמגיע כסטנדרט במכשירי MOSFET ו-IGBT. סיליקון קרביד מאפשר לטרנזיסטורים לעבור מהר יותר ולטפל בטמפרטורות גבוהות במיוחד וצפוי להפוך לשימושי ביותר בייצור של רכבים אוטונומיים שבהם האלקטרוניקה צריכה להיות קשוחה ויכולה לעמוד בטמפרטורות גבוהות. עם זאת, טרנזיסטורי סיליקון קרביד מגיעים עם תג מחיר גבוה בהרבה מ-IGBT של סיליקון ולא הוכיחו את עצמם כמקיימים מבחינה כלכלית עבור רוב יצרני האלקטרוניקה אפילו עם יעילות האנרגיה והחוסן המוגבר שלהם. על פי ההערכות, IGBT לבד חסכו $25 טריליון בשל יעילות אנרגטית משופרת, טרנזיסטורי סיליקון קרביד עשויים לסלול את הדרך להורדת צריכת האנרגיה שלנו ולהפחית את הצורך בדלק מאובנים.

תעשיות, טכנולוגיות ומוצרים הקשורים ל-MOSFET / IGBT...

תיבת מידע 50-50 מול 100-0
50/50 מול 100/0
מוצרים_Servo-Drives_מותאם אישית
כונני סרוו מותאמים אישית ושונים
תיבת מידע בתדר גבוה
תדר גבוה
סקירה כללית של כונני סרוו
סקירה כללית של כונני סרוו
תיבת מידע משוב מתח
משוב מתח
תיבת מידע מד טכומטר
מד טכומטר