Unterschied zwischen IGBT und MOSFET

Die Bipolartransistoren waren der einzige echte Leistungstransistor, der verwendet wurde, bis die sehr effizienten MOSFETs in den frühen 70er Jahren auf den Markt kamen. Die BJTs haben seit ihrer Einführung Ende 1947 wichtige Verbesserungen ihrer elektrischen Leistung durchlaufen und werden in elektronischen Schaltungen immer noch weit verbreitet. Die Bipolartransistoren haben relativ langsame Abschaltcharakteristiken und sie weisen einen negativen Temperaturkoeffizienten auf, der zu einem sekundären Durchbruch führen kann. MOSFETs sind jedoch Vorrichtungen, die eher spannungsgesteuert als stromgesteuert sind. Sie haben einen positiven Temperaturkoeffizienten für einen Widerstand, der das thermische Durchgehen stoppt, und als Folge tritt kein sekundärer Durchbruch auf. In den späten achtziger Jahren kamen dann IGBTs ins Spiel. Der IGBT ist im Grunde eine Kreuzung zwischen den Bipolartransistoren und den MOSFETs und wird ebenso wie die MOSFETs spannungsgesteuert. In diesem Artikel werden einige wichtige Punkte zum Vergleich der beiden Geräte beschrieben.

Was ist ein MOSFET??

MOSFET, kurz "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor", ist ein spezieller Typ von Feldeffekttransistoren, der aufgrund seiner ausgefeilten Struktur und seiner hohen Eingangsimpedanz in sehr großen integrierten Schaltkreisen weit verbreitet ist. Es ist ein Halbleitergerät mit vier Anschlüssen, das sowohl analoge als auch digitale Signale steuert. Das Gate befindet sich zwischen Source und Drain und ist durch eine dünne Metalloxidschicht isoliert, die verhindert, dass der Strom zwischen Gate und Kanal fließt. Die Technologie wird jetzt in allen Arten von Halbleiterbauelementen verwendet, um schwache Signale zu verstärken.

Was ist ein IGBT??

IGBT, "Insulated Gate Bipolar Transistor", ist ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen, das die Stromführungsfähigkeit eines Bipolartransistors mit der einfachen Steuerung eines MOSFETs kombiniert. Sie sind ein relativ neues Gerät in der Leistungselektronik, das üblicherweise als elektronischer Schalter in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet wird, von Anwendungen mit mittlerer bis extrem hoher Leistung, wie beispielsweise Schaltnetzteile (SMPS). Seine Struktur ist fast identisch mit der eines MOSFET, außer dem zusätzlichen p-Substrat unter dem n-Substrat.

Unterschied zwischen IGBT und MOSFET

1. Basis von IGBT und MOSFET

IGBT steht für Insulated Gate Bipolar Transistor, während der MOSFET die Abkürzung für Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ist. Obwohl beide spannungsgesteuerte Halbleiterbauelemente sind, die in SMPS-Anwendungen (Switch Mode Power Supply) am besten funktionieren, kombinieren IGBTs die Hochstrom-Handhabungsfähigkeit von Bipolartransistoren mit der einfachen Steuerung von MOSFETs. IGBTs sind Gatekeeper des Stroms, die die Vorteile eines BJT und eines MOSFET für die Verwendung in Stromversorgungs- und Motorsteuerkreisen kombinieren. MOSFET ist ein spezieller Typ eines Feldeffekttransistors, bei dem die angelegte Spannung die Leitfähigkeit eines Bauelements bestimmt.

2. Arbeitsprinzip von IGBT und MOSFET

Ein IGBT ist im Wesentlichen eine MOSFET-Vorrichtung, die einen bipolaren Sperrschicht-Leistungstransistor steuert, wobei beide Transistoren auf einem einzigen Siliziumstück integriert sind, während der MOSFET der häufigste FET mit isoliertem Gate ist, der am häufigsten durch kontrollierte Siliziumoxidation hergestellt wird. Der MOSFET arbeitet im Allgemeinen durch elektronisches Verändern der Breite des Kanals durch die Spannung an einer Elektrode, die als Gate bezeichnet wird und zwischen der Source und dem Drain liegt. Sie ist durch eine dünne Schicht aus Siliziumoxid isoliert. Ein MOSFET kann auf zwei Arten arbeiten: Verarmungsmodus und Erweiterungsmodus.

3. Eingangsimpedanz von IGBT und MOSFET

Ein IGBT ist ein spannungsgesteuertes Bipolar-Bauelement mit hoher Eingangsimpedanz und großer Strombelastbarkeit eines Bipolartransistors. Sie können im Vergleich zu stromgesteuerten Geräten in Hochstromanwendungen einfach zu steuern sein. MOSFETs benötigen fast keinen Eingangsstrom, um den Laststrom zu steuern, wodurch sie am Gate-Anschluss dank der Isolationsschicht zwischen Gate und Kanal widerstandsfähiger werden. Die Schicht besteht aus Siliziumoxid, einem der besten verwendeten Isolatoren. Es sperrt effizient die angelegte Spannung mit Ausnahme eines kleinen Leckstroms.

4. Schadenresistenz

MOSFETs sind anfälliger für elektrostatische Entladung (ESD), da die hohe Eingangsimpedanz der MOS-Technologie in einem MOSFET die Ladung nicht gezielter zerstreuen lässt. Der zusätzliche Siliziumoxid-Isolator verringert die Kapazität des Gates, wodurch es anfällig für die sehr hohen Spannungsspitzen ist, die unvermeidlich die internen Komponenten beschädigen. MOSFETs sind sehr empfindlich gegen elektrostatische Entladungen. Die IGBTs der dritten Generation kombinieren die Spannungstreibercharakteristiken eines MOSFET mit der niedrigen Einschaltwiderstandsfähigkeit eines Bipolartransistors und machen sie daher extrem tolerant gegen Überlastungen und Spannungsspitzen.

5. Anwendungen von IGBT und MOSFET

MOSFET-Bauelemente werden häufig zum Schalten und Verstärken elektronischer Signale in elektronischen Bauelementen verwendet, typischerweise für Anwendungen mit hohem Rauschen. Die meisten Anwendungen eines MOSFETs sind Schaltnetzteile, die auch in Klasse-D-Verstärkern eingesetzt werden können. Sie sind die gebräuchlichsten Feldeffekttransistoren und können sowohl in analogen als auch in digitalen Schaltungen verwendet werden. IGBTs hingegen werden in Anwendungen mit mittlerer bis extrem hoher Leistung wie Schaltnetzteil, Induktionsheizung und Fahrmotorsteuerung eingesetzt. Es wird als unverzichtbare Komponente in modernen Geräten wie Elektroautos, Lampenvorschaltgeräten und Frequenzumrichtern (Frequenzumrichtern) verwendet..

IGBT vs. MOSFET: Vergleichstabelle

Zusammenfassung der IGBT Vs. MOSFET

Obwohl sowohl der IGBT als auch der MOSFET spannungsgesteuerte Halbleitervorrichtungen sind, die hauptsächlich zur Verstärkung schwacher Signale verwendet werden, kombinieren IGBTs die Fähigkeit eines Bipolartransistors mit niedrigem Einschaltwiderstand mit den Spannungstreibercharakteristiken eines MOSFET. Mit der zunehmenden Auswahl zwischen den beiden Geräten wird es immer schwieriger, das beste Gerät allein aufgrund ihrer Anwendungen zu wählen. MOSFET ist eine Halbleitervorrichtung mit vier Anschlüssen, wohingegen der IGBT eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen ist, die eine Kreuzung zwischen dem Bipolartransistor und einem MOSFET darstellt, wodurch sie extrem tolerant gegenüber elektrostatischer Entladung und Überlastungen sind.