MOSFET / IGBT

MOSFET'ler (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EETKİ Transistör) ve IGBT'ler (Iyalıtılmış-Gyedi Bipolar Transistör) birçok servo sürücüde çıkışı kontrol etmek için kullanılan güç transistörleridir. Her iki güç transistörü de elektronik sinyalleri anahtarlamak ve yükseltmek için kullanılan üç terminalli güç yarı iletken cihazlarıdır.

MOSFET

MOSFET, üç bileşenden oluşan bir alan etkili transistördür: kaynak, drenaj ve kapı. MOSFET, yük taşıyıcılarının aktığı kaynak ve boşaltma düğümleri arasındaki bir kanalın genişliğini değiştirerek çalışır. Geçit boyunca uygulanan voltaj, drenaja akım akışını belirleyen kanalın boyutunu kontrol eder. MOSFET'ler, IGBT'lere kıyasla voltaj kapasitelerini düşüren ancak daha yüksek anahtarlama hızlarını idare etmelerini sağlayan yalnızca 2 kat P ve N tipi alt tabakaya sahiptir. Daha yeni MOSFET'ler çok daha yüksek gerilimleri idare edebilmektedir, ancak bu artan boyut ve maliyetle birlikte gelmektedir. MOSFET'ler, yüksek anahtarlama hızları nedeniyle otomotiv elektroniği ve robotikte yaygın olarak kullanılmaktadır. MOSFET'ler voltaj ve anahtarlama koşullarına bağlı olarak birçok endüstriyel uygulama için de kullanılabilir.

IGBT

IGBT de üç bileşenden oluşan iki kutuplu bir transistördür: yayıcı, toplayıcı ve geçit. IGBT'ler, MOSFET'in çıkış özelliklerine sahip bipolar transistörlerin yüksek akım ve düşük doyma gerilimi giriş özelliklerine sahiptir. MOSFET'lerin aksine, IGBT'ler akım kontrollüdür, elektrik alan yerine manyetik alan ve azınlık taşıyıcı baskın akım üretir. IGBT'ler, MOSFET'e kıyasla yüksek gerilimleri işleme avantajı sağlayan çoklu P ve N alt tabaka katmanlarına sahiptir. Bu ekstra katmanlar, daha düşük anahtarlama hızları dezavantajı ile birlikte gelir, ancak IGBT teknolojisindeki yenilikler, bu transistörlerin MOSFET ile karşılaştırılabilir anahtarlama hızlarına sahip olmasını sağlamıştır. IGBT'ler birçok endüstriyel ve otomotiv uygulamasında kullanılır ve klima üniteleri ve buzdolapları gibi ev aletleri için tercih edilme eğilimindedir. MOSFET'ler gibi, IGBT'lerin özel uygulamaları da voltaj ve anahtarlama koşullarına bağlıdır.

MOSFET ile IGBT'nin Karşılaştırılması

MOSFET IGBT
İnşaat Benzerlikleri Akım akışına izin vermek ve kontrol etmek için P ve N tipi substratlardan oluşur
İnşaat Farklılıkları İki katmanlı P ve N tipi substrat yüksek anahtarlama frekansına yardımcı olur, gövde boşaltma diyotu içerir Çoklu P ve N substrat katmanları IGBT'ye yüksek iletkenlik sağlar, gövde drenaj diyotuna sahip değildir
Kontrol Gerilim tahrikli çoğunluk taşıyıcı cihazlar, bir elektrik alanı üretir Akım kontrollü azınlık taşıyıcı cihazlar, manyetik alan üretir
Kullanım Alanları Dijital ve analog sürücülerde kullanılabilir, her ikisi de hazır ve özel servo sürücülerde kullanılır. Küçük boyutları µZ serisi gibi daha küçük servo sürücülerin üretilmesine olanak sağlamıştır
Arayüz Benzerlikleri Nispeten basit bir kapı sürücü devresinden oluşan üç terminalli transistörler
Arayüz Farklılıkları Kaynak, Tahliye, Kapı Verici, Toplayıcı, Kapı
Çalışma Gerilimi Tipik olarak <250V 1000V'tan fazla kapasiteye sahip
Anahtarlama Frekansı Yüksek +100kHz Düşük ~20kHz

Tarih

MOSFET'ler 1960'larda ilk kez tanıtılmadan önce bipolar transistörler piyasadaki tek gerçek güç transistörleriydi. Julius Lilienfeld aslında bipolar transistörün tanıtılmasından yıllar önce, 1926'da alan etkili transistöre son derece benzer bir cihaz tanımlamıştı, ancak zamanın ana yeniliği olan telefona ihtiyaç duymadığı için asla üretilmedi. Bipolar transistörler akım kontrollüdür, açmak için yüksek bir baz akımı gerektirir ve yüksek miktarda termal kaçaktan sorumludur. MOSFET'ler bipolar transistörlerle aynı yetenekleri sağlar ancak akım yerine kapı terminalindeki voltaj tarafından kontrol edilirler, bu da açılmak için çok daha az güç kullanmalarını sağlar. MOSFET'ler bipolar transistörlerden çok daha küçük yapılabilmiş, daha hızlı anahtarlama hızına sahip olmuş, çok daha yüksek yoğunluğa izin vermiş ve termal kaçağı en aza indirmiştir. MOSFET güç transistörlerinin küçük boyutları, elektronik endüstrisinde devrim yaratan bellek çipleri ve mikroişlemciler gibi yüksek yoğunluklu entegre devrelerin oluşturulmasını sağlamıştır.

1980'lerde IGBT'ler bipolar ve MOSFET transistörler arasında bir çaprazlama olarak tanıtıldı. Daha verimli ve güçlü bir transistöre duyulan ihtiyaç, GE'nin Bantval Baliga'dan klima ünitelerini daha enerji verimli hale getirmesini istemesiyle ortaya çıktı, çünkü o zamanın MOSFET'leri bu kadar yüksek voltajlarda verimli çalışamıyordu. Baliga, bir bipolar transistörün giriş özelliklerini bir MOSFET'in çıkış özellikleriyle birleştirerek daha yüksek voltajlarda ve sıcaklıklarda etkili bir şekilde çalışabilen ve aynı zamanda enerji tasarrufu sağlayan bir transistör yarattı.

Gelecekteki Yenilikler

IGBT'nin mucidi Bantval Jayant Baliga şimdi devrim yaratarak IGBT ve MOSFET'leri silikon karbür güç transistörleriyle değiştirmeyi hedefliyor. Baliga, Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi'nde araştırma yaparken, silisyum karbürün MOSFET ve IGBT'lerde standart olarak bulunan silisyumdan 100 kat daha verimli olduğunu kanıtladı. Silisyum karbür, transistörlerin daha hızlı geçiş yapmasına ve son derece yüksek sıcaklıklarla başa çıkmasına olanak tanıyor ve elektronik aksamın sağlam olması ve yüksek sıcaklıklara dayanabilmesi gereken otonom araçların üretiminde son derece faydalı olması bekleniyor. Bununla birlikte, silisyum karbür transistörler, silisyum IGBT'lerden çok daha yüksek bir fiyat etiketine sahiptir ve artan enerji verimliliği ve sağlamlıklarına rağmen çoğu elektronik üreticisi için ekonomik olarak sürdürülebilir oldukları kanıtlanmamıştır. Yalnızca IGBT'lerin gelişmiş enerji verimliliği nedeniyle $25 trilyon tasarruf sağladığı tahmin edilmektedir, silisyum karbür transistörler muhtemelen enerji tüketimimizi azaltmanın ve fosil yakıtlara olan ihtiyacı azaltmanın yolunu açabilir.

MOSFET / IGBT ile ilgili Sektörler, Teknolojiler ve Ürünler...

50-50 vs 100-0 bilgi kutusu
50/50 vs 100/0
Products_Servo-Drives_custom
Özel ve Modifiye Servo Sürücüler
yüksek frekanslı bilgi kutusu
Yüksek Frekans
Servo Sürücülere Genel Bakış
Servo Sürücülere Genel Bakış
voltaj geri besleme bilgi kutusu
Gerilim Geri Beslemesi
takometre bi̇lgi̇ kutusu
Takometre