00:00 1401/11/08
در بسیاری از کاربردهای سوئیچینگ، ترانزیستورهای اثر میدانی اکسید فلزی (MOSFET) و ترانزیستورهای دو قطبی با گیت عایق (IGBT) بیشترین استفاده را به دلیل ویژگی‌های برترشان دارند.
تفاوت ماسفت و igbt چیست؟
این کاربردها عبارتند از منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)، اینورترها و مبدل های خورشیدی، سیستم‌های درایو موتور، مدارات مبتنی بر تکنیک مدولاسیون عرض پالس (PWM)، منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) و غیره.
قیمت ماسفت در فروشگاه قطعات الکترونیک لیون الکترونیک
بیایید در اینجا تفاوت‌های برجسته هر یک از این قطعات را با هم مشاهده کنیم و دلیل اینکه چرا هر کدام برای یک سری از کاربردها مناسب هستند را مشاهده کنیم. در این رابطه، شرح دو قطعه ماسفت توان و igbt مناسب است.
ماسفت‌های توان
ماسفت متداول ترین قطعه سوئیچینگ است و برخلاف BJT که یک قطعه کنترل شونده با جریان است، یک قطعه کنترل شونده با ولتاژ است. به طور کلی ماسفت یک قطعه سوئیچینگ با جریان محدود، ولتاژ پایین تا متوسط و فرکانس بالا است.
بیشتر بخوانید: ماسفت چیست و چگونه کار میکند
ماسفت از سه پایانه تشکیل شده است:
- گیت
- درین
- سورس
ماسفت‌ها دارای دو گونه مختلف هستند: ماسفت‌های افزایشی و کاهشی، همچنین ماسفت‌ها می‌توانند از نوع کانال P یا کانال N باشند. ماسفت‌ها بسته به سطح ولتاژ ترمینال گیت دارای چندین گونه مختلف هستند. در ماسفت‌های نوع کاهشی یا تخلیه، اگر ولتاژی در ترمینال گیت وجود نداشته باشد، حداکثر رسانایی بین پایه سورس و درین برقرار است، و اعمال ولتاژ مثبت یا منفی به گیت مقدار هدایت را کاهش می‌دهد.
بر خلاف نوع کاهشی در ماسفت‌های افزایشی، اگر ولتاژی در ترمینال گیت وجود نداشته باشد، ماسفت هدایت نمی‌کند و اگر ولتاژ به پایه گیت اعمال گردد، عبور جریان صورت می‌گیرد.
در ماسفت‌های افزایشی اگر ولتاژ مثبتی، بیشتر از سطح آستانه به گیت اعمال گردد، با تجمع الکترون‌ها یک لایه رسانا بین لایه اکسیدی و لایه P-substrate ایجاد می‌گردد. این لایه با دور کردن حفره‌ها از سطح لایه P-substrate و جذب الکترون‌ها تشکیل یک کانال می‌دهد.
یکی از تفاوت ماسفت و igbt این است که با افزایش ولتاژ گیت، اندازه این کانال افزایش می‌یابد و در نتیجه جریان بیشتری از سورس به سمت درین جریان پیدا میکند. به این ترتیب، ماسفت با اعمال ولتاژ به گیت وارد حالت هدایت می‌شود.
مقاله پیشنهادی لیون الکترونیک: تفاوت ماسفت و bjt
ماسفت را می‌توان با کاهش مقدار ولتاژ گیت به درین تا زیر سطح آستانه خاموش کرد. اگرچه ماسفت یک کلید کنترل شونده با ولتاژ است اما گاهی اوقات از جریان یک ترانزیستور BJT برای راه اندازی آن استفاده می‌گردد. همچنین بیشتر ماسفت‌ها دارای یک دیود هرزگرد هستند که برای مقابله با اثرات جریان سلفی مفید است. از آنجا که مقاومت حالت روشن ماسفت کم است، تلفات آن هم در حالت روشن کم است و حرارت کمتری تولید میکند.
ماسفت‌ها می توانند در فرکانس های بالا و ولتاژ پایین به خوبی کار کنند و برای عملیات سوئیچینگ سریع با ولتاژ کم کاملاً مناسب هستند. از ماسفت‌ها در محدود ولتاژ زیر 1000 ولت استفاده زیاد می‌گردد.
تفاوت ترانزیستور MosFET و JFET
دسته ای از ترانزیستورها با نام ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) وجود دارند. در این دسته بندی ترانزیستورهای اثر میدانی زیادی وجود دارند، مانند ترانزیستور پیوندی اثر میدانی (JFET)، ترانزیستور اثر میدان اکسید فلز (MOSFET)، ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی فلزی (MSFET) و غیره. JFET مخفف ترانزیستور پیوندی اثر میدانی است.
JFET یک قطعه نیمه هادی سه ترمینالی است و پایانه های آن عبارتند از:
- سورس (S)
- درین (D)
- گیت (G)
JFET دارای یک کانال بین پایه سورس و درین است. بر اساس ماهیت کانال، JFET ها شامل دو نوع هستند: JFET کانال N و JFET کانالP هستند. ترانزیستورهای JFET فقط در حالت تخلیه یا کاهشی، وجود دارند. از JFET در کاربردهای مختلفی مانند مقاومت متغیر ولتاژ، سوئیچ دیجیتال، تقویت کننده و غیره استفاده می شود.
بیشتر بخوانید: ترانزیستور چیست؟
IGBT
قبل از اطلاع از تفاوت ماسفت و igbt باید حتما اطلاعات کاملی درباره igbt بدانیم. از آنجایی که BJT ها ظرفیت انتقال جریان بالایی دارند و کنترل MOSFET آسان است، IGBT با ترکیب ویژگی‌های MOSFET و BJT به شکل یکپارچه طراحی شده است. این قطعه مزیت‌های ماسفت و igbt را به صورت همزمان داراست.
igbtها نسبت به ماسفت برای کاربردهای با توان متوسط تا بالا ترجیح داده می‌شوند. این قطعه مانند ترانزیستورهای پیوندی از حامل‌های شارژ اقلیت استفاده میکند و مانند ماسفت دارای امپدانس ورودی بالایی است.
IGBT دارای سه پایانه است:
- Emitter
- Collector
- Gate
گیت یک ترمینال کنترلی است، در حالی که پایه‌های کلکتور و امیتر به مسیر هدایت جریان مرتبط هستند. IGBT مانند تریستورها دارای یک ساختار چهار لایه P-N-P-N است. شکل زیر لایه‌های مختلف igbt را نشان می‌دهد، که در آن جریان الکترون‌ها از طریق ناحیه رانش و کانال، حفره‌های بیشتری را از ناحیه رانش به سمت امیتر می‌کشد. از آنجایی که در عبور جریان از اثر حفره ها و الکترون‌ها استفاده می‌گردد، این قطعه ماهیت دو قطبی دارد.
مشابه ماسفت، زمانی که ولتاژ مثبت به گیت اعمال می شود، امکان وارونگی ناحیه P-base زیر گیت فراهم می‌گردد و کانال N ایجاد می‌شود. در طول این حالت، هنگامی که حفره‌ها از لایه p+ به لایه n تزریق می شوند، مقاومت لایه n به سرعت کاهش می یابد.
این فرایند باعث می‌شود که igbt شروع به هدایت کند. برای خاموش کردن IGBT، می‌توان از روش بایاس منفی در گیت یا کاهش ولتاژ گیت تا حد آستانه استفاده کرد. خاموش شدن IGBT به دلیل عدم تزریق حفره به ناحیه N صورت می‌گیرد. IGBTها به دلیل تلفات کمتر در حالت هدایت، جریان های بیشتری را نسبت به MOSFET از خود عبور می‌دهند.
مقایسه و تفاوت ماسفت و igbt
- ماسفت یک قطعه حامل اکثریت و تک قطبی است که در آن رسانش توسط جریان الکترون‌ها انجام می‌شود، در حالی که جاری شدن جریان در IGBT حاصل تاثیر هر دو حامل الکترون‌ها و حفره‌ها است.
همانطور که در بالا بحث شد، تزریق حامل های اقلیت (حفره‌ها) به ناحیه رانش به طور قابل توجهی مقدار افت ولتاژ حالت هدایت را کاهش می دهد. در IGBT مزیت افت ولتاژ کم در حالت هدایت در مقایسه با ماسفت، باعث کوچک شدن اندازه تراشه و ارزان شدن قطعه می‌گردد. - نام پایه‌های IGBT، امیتر، کلکتور و گیت است، در حالی که نام پایه‌های ماسفت، سورس، درین و گیت است.
- از IGBT در کاربردهای ولتاژ بالا استفاده می‌شود و کاربرد ماسفت بیشتر در ولتاژهای متوسط تا حدود 1000 ولت است.
- ساختارهای ماسفت و IGBT به جز زیرلایه P در زیر بستر N بسیار شبیه به هم هستند. با توجه به این لایه اضافی، رسانایی قطعه با تزریق حفره‌ها افزایش می‌یابد و همچنین ولتاژ حالت روشن کاهش می‌یابد.
- متوسط ولتاژ قابل تحمل ماسفت‌های موجود در بازار در حدود 600 ولت است، در حالی که متوسط ولتاژ قابل تحمل IGBT های موجود در بازار در حدود 1400 ولت است.
- IGBT برای فرکانس پایین (کمتر از 20 کیلو هرتز)، ولتاژ بالا (بیش از 1000 ولت)، دمای عملیاتی بالا؛ و برنامه های با توان خروجی بیش از 5 کیلووات ترجیح داده می‌شود؛ در حالی که ماسفت برای بارگذاریهای با تغییرات گسترده، ولتاژ پایین (کمتر از 250 ولت)، سیکل های کاری بزرگ و فرکانس بالا (بیش از 200 کیلوهرتز) ترجیح داده می‌شود.
همچنین برای این منظور، تامین کنندگان مجموعه ای غنی از دستگاه های سوئیچینگ را توسعه داده‌اند. گرایش الکترونیک قدرت به طور دائم سعی در ارائه روشهای جدید برای، اصلاح، سوئیچ و کنترل ولتاژ و جریان در سیستم‌های الکترونیکی دارد.
سوئیچ‌های توان به علت ماهیت و فشار بالای کاری باید حتما با کاربرد خود متناسب باشند و حتما باید در مدارات توان از قطعات الکترونیک اورجینال و با کیفیت استفاده نمود. به همین منظور در هنگام خرید قطعات الکترونیک و یا واردات قطعات الکترونیکی به این نکته توجه کنید و سعی کنید قطعات خود را از یک فروشنده معتبر تهیه کنید.
سخن پایانی
دستگاه های الکترونیکی روز به روز در حال توسعه و گسترش هستند و اکثر این دستگاه‌ها نیاز به تبدیل انرژی الکتریکی از یک شکل به شکل دیگر دارند. به همین منظور شاخه الکترونیک قدرت سعی در پاسخ به این نیاز نموده و انواع و اقسام سوئیچ‌های الکترونیکی را طراحی و به بازار معرفی نموده است.
در این مقاله لیون الکترونیک تمام تلاش خود را کردیم پاسخ کاملی در باره تفاوت ماسفت و igbt به شما ارائه دهیم. اگر شما نیز نکته ای درنظر دارید خوشحال می‌شویم با ما به اشتراک بذارید.
نظرات کاربران