MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

Когда дело доходит до импульсных преобразователей, оба типа транзисторов имеют свои преимущества и недостатки. Но какой из них лучше для данного устройства? В этой статье сравним MOSFET с модулями IGBT чтобы понять, что и где лучше ставить.

Предполагается что в схемах с низким напряжением, низким током, но высокой частотой переключения, предпочтительно использовать полевые транзисторы (MOSFET), а в схемах с высоким напряжением, высоким током, но с низкой частотой — лучше IGBT. Но достаточно ли такой общей классификации? У каждого есть свои дополнительные предпочтения в этом отношении и правда в том, что не существует общего, жесткого стандарта, который позволял бы оценивать параметры данного элемента с точки зрения его использования в импульсных преобразователях. Все зависит от конкретного применения и широкого спектра факторов, таких как частота переключения, размер, стоимость и т. д. Поэтому, вместо того чтобы пытаться решить какой элемент лучше, нужно внимательно изучить различия между этими деталями.

Кратко о MOSFET

MOSFET — это управляемый переключатель с тремя контактами (затвор, сток и исток). Сигнал затвора (управления) подается между затвором и истоком, а контактами переключения являются сток и исток. Сам затвор выполнен из металла и отделен от истока оксидом металла в качестве диэлектрика. Это позволяет снизить энергопотребление и делает этот транзистор отличным выбором для использования в качестве электронного переключателя или усилителя в схеме с общим истоком.

Для правильной работы МОП-транзисторы должны поддерживать положительный температурный коэффициент. Потери во включенном состоянии малы и теоретически сопротивление транзистора в этом состоянии не ограничено — может быть близко к нулю. Кроме того, поскольку МОП-транзисторы могут работать на высоких частотах, они могут работать в устройствах с быстрым переключением и с низкими потерями на переключение.

Существует много различных типов МОП-транзисторов, но наиболее сопоставимыми с IGBT являются мощные MOSFET. Они специально разработаны для работы со значительными уровнями мощности и используются чаще всего только во включенном или выключенном состояниях, что делает их наиболее используемым ключом для низковольтных схем. По сравнению с IGBT, мощные полевые МОП-транзисторы имеют преимущества — более высокую скорость коммутации и более высокую эффективность при работе при низких напряжениях. Более того, такая схема может выдерживать высокое напряжение блокировки и поддерживать высокий ток. Это связано с тем что большинство мощных МОП-структур являются вертикальными (а не плоскими). Номинальное напряжение является прямой функцией легирования и толщины эпитаксиального слоя с примесью N-типа, а ток зависит от ширины канала (чем шире канал, тем выше ток).

Кратко о IGBT

Модуль IGBT также является полностью управляемым коммутатором с тремя контактами (затвор, коллектор и эмиттер). Его управляющий сигнал подается между затвором и эмиттером и нагрузкой между коллектором и эмиттером.

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором, как в транзисторе MOSFET, с сильноточным характером биполярного транзистора с низким напряжением насыщения. Это достигается с помощью изолированного полевого транзистора для управляющего входа и биполярного силового транзистора в качестве сильноточного ключа.

Модуль IGBT специально разработан для быстрого включения и выключения. Фактически частота повторения импульсов достигает УЗ диапазона. Эта уникальная способность делает IGBT часто используемыми в усилителях класса D для синтеза сложных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и фильтрами нижних частот. Они также используются для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазма, а также играют важную роль в современных устройствах — электромобили, электровелосипеды, поезда, холодильники с регулируемой скоростью вращения компрессора, кондиционеры и многое другое.

Сравнение IGBT с MOSFET

Структуры обоих транзисторов очень похожи друг на друга. Что касается протекания тока, важным отличием является добавление слоя подложки P-типа под слой подложки N-типа в структуре модуля IGBT. В этом дополнительном слое дырки вводятся в слой с высоким сопротивлением N-типа, создавая избыток носителей. Это увеличение проводимости в N-слое помогает уменьшить общее напряжение во включенном состоянии в IGBT-модуле. К сожалению, это также блокирует поток электроэнергии в обратном направлении. Поэтому в схему добавлен специальный диод, который расположен параллельно с IGBT чтобы проводить ток в противоположном направлении.

MOSFET может переключаться на более высоких частотах, однако есть два ограничения: время переноса электронов в области дрейфа и время, необходимое для зарядки / разрядки входного затвора и его емкости. Тем не менее эти транзисторы, как правило, достигают более высокой частоты переключения, чем модули IGBT.

Подведем итог

Многие из вышеупомянутых фактов касаются исторической основы обоих устройств. Достижения и технологические прорывы в разработке нового оборудования, а также использование новых материалов, таких как карбид кремния (SiC), привели к значительному улучшению производительности этих радиодеталей за последние годы.

МОП-транзистор:

  • Высокая частота переключения.
  • Лучшие динамические параметры и более низкое энергопотребление драйвера.
  • Более низкая емкость затвора.
  • Более низкое термосопротивление, которое приводит к лучшему рассеиванию мощности.
  • Более короткое время нарастания и спада, что означает способность работать на более высоких частотах.

IGBT модуль:

  • Улучшенная технология производства, которая приводит к снижению затрат.
  • Лучшая устойчивость к перегрузкам.
  • Улучшенная способность распараллеливания схемы.
  • Более быстрое и плавное включение и выключение.
  • Снижение потерь при включении и при переключении.
  • Снижение входной мощности.

В любом случае модули MOSFET и IGBT быстро заменяют большинство старых полупроводниковых и механических устройств, используемых для управления током. Силовые устройства на основе SiC демонстрируют такие преимущества как меньшие потери, меньшие размеры и более высокая эффективность. Подобные инновации будут продолжать расширять пределы использования MOSFET и IGBT транзисторов для схем с более высоким напряжением и большей мощностью.

Форум по обсуждению материала MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

Тонкомпенсированный регулятор громкости с адаптацией к регулятору тембра — теория и практика.

Устройство для использования разъёма USB в качестве прикуривателя — разборка и схема.

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.

MOSFET или IGBT?

MOSFET или IGBT?

Сначала рассмотрим различия в целом. В настоящий момент все производители инверторов (ММА) выпускаются по двум полупроводниковым технологиям IGBT и MOSFET. Не буду вдаваться в подробности, скажу только то, что в схемотехнике этих аппаратов используются разные полупроводниковые транзисторы IGBT и MOSFET. Основое различие между этими транзисторами — различный ток коммутации. Большим током обладают транзисторы IGBT.

Для изготовления стандартного инвертора понадобится 2–4 IGBT транзистора (в зависимости от рабочего цикла), a MOSFET — 10–12, т. к. они не могут пропускать через себя большие токи, поэтому их приходится делить на такое большое количество транзисторов. Вот собственно в чем и отличие.

Тонкость в том, что транзисторы очень сильно греются и их необходимо установить на мощные алюминиевые радиаторы. Чем больше радиатор, тем больше съем тепла с него, а, следовательно, его охлаждающая способность. Чем больше транзисторов, тем больше радиаторов охлаждения необходимо установить, следовательно, увеличиваются габариты, вес и т. д. MOSFET здесь однозначно проигрывает.

На практике схемотехника MOSFET не позволяет создать аппарат на одной плате: т.е аппараты, которые сейчас есть в продаже, собраны в основном на трех платах. IGBT аппараты всегда идут на одной плате.

Основные недостатки MOSFET

  • соединение трех плат;
  • худший теплообмен;
  • каскадный выход транзисторов из строя при неисправности одного транзистора;
  • меньший КПД (относительно IGBT).

Проще говоря, IGBT более современная технология, чем MOSFET.

Недостатки MOSFET

Что лучше MOSFET или IGBT?

Некоторые компании идут в ногу со временем и при производстве сварочных инверторов используют IGBT транзисторы американской фирмы «Fairchaild», частота переключения которых составляет 50 кГц, т. е. 50000 раз в секунду. IGBT технологию выбрали неспроста, ведь рабочий диапазон температур у них с сохранением параметров гораздо больше, чем у MOSFET, т. е. при нагреве у MOSFETa падают качественные характеристики.

В конструкции САИ (Ресанта) используется одна маленькая плата, которая устанавливается вертикально, а также 4 IGBT транзистора (работают обособленно друг от друга, т. е. не выгорают все, если выгорел один как у MOSFET) и 6 диодов-выпрямителей (а не 12 как у MOSFET), соответственно отказоустойчивость ниже. Это ещё один «плюс» IGBT.

Можно напомнить покупателю о том, что в современных сварочных инверторов используется только 4 обособленных транзистора, а не 12 каскаднозависимых как у MOSFET. Всякое в жизни бывает, но, чтобы не произошло в случае выхода из строя одного транзистора (если не гарантийный случай), замена покупателю обойдется где-то в районе 400 р., а не 12×110 р. = 1320 р. Думаю, что разница приличная.

Как отличить: Визуально аппараты IGBT в большинстве своём отличаются от MOSFET вертикальным расположением силовых разъёмов, т. к. плата одна и обычно устанавливается вертикально. У MOSFET аппаратов выходы обычно расположены горизонтально, т. к. платы в конструкции горизонтально закреплены. Нельзя точно утверждать, что это верно на 100%. Точнее можно сказать, сняв кожух с аппарата.

Многие компании пытаются «выиграть баллы» на транзисторах. Так, например, компания «Aiken» в настоящий момент выпустила на рынок аппараты (по технологии MOSFET) с наклейками на боковых панелях «Используются транзисторы TOSHIBA» а также «Используются транзисторы Mitsubishi». Пытаются выползти на громких и знакомых брендах. На практике это не подтвердилось. Так на крупнейшей Международной инструментальной выставке России Moscow International Tool Expo (MITEX-2011), которая проходила в ноябре 2011г. в «Экспоцентре» (г. Москва), я попросил представителей стенда данной компании разобрать их САИ с наклейкой «Используются транзисторы Mitsubishi» и продемонстрировать данные транзисторы. В итоге сварочные инверторы разобрали, но данных транзисторов не обнаружили. Сами сотрудники компании «Aiken» были в шоке, обнаружив безымянные транзисторы.

Силовые MOSFET и IGBT транзисторы, отличия и особенности их применения

Технологии в области силовой электроники все время совершенствуются: реле становятся твердотельными, биполярные транзисторы и тиристоры заменяются все обширнее на полевые транзисторы, новые материалы разрабатываются и применяются в конденсаторах и т. д. — всюду определенно заметна активная технологическая эволюция, которая не прекращается ни на год. С чем же это связано?

Это связано, очевидно, с тем, что в какой-то момент производители оказываются не в состоянии удовлетворить запросы потребителей на возможности и качество силового электронного оборудования: у реле искрят и обгорают контакты, биполярные транзисторы для управления требуют слишком много мощности, силовые блоки занимают неприемлемо много места и т. п. Производители конкурируют между собой — кто первым предложит лучшую альтернативу…?

Так и появились полевые MOSFET транзисторы, благодаря которым управление потоком носителей заряда стало возможным не посредством изменения тока базы, как у биполярных предков, а посредством электрического поля затвора, по сути — просто приложенным к затвору напряжением.

Полевой MOSFET транзистор

В итоге уже к началу 2000-х доля силовых устройств на MOSFET и IGBT составляла около 30%, в то время как биполярных транзисторов в силовой электронике осталось менее 20%. За последние лет 15 произошел еще более существенный рывок, и биполярные транзисторы в классическом понимании почти полностью уступили место MOSFET и IGBT в сегменте управляемых силовых полупроводниковых ключей.

MOSFET и IGBT транзисторы

Проектируя, к примеру, силовой высокочастотный преобразователь, разработчик уже выбирает между MOSFET и IGBT – оба из которых управляются напряжением, прикладываемым к затвору, а вовсе не током, как биполярные транзисторы, и цепи управления получаются в результате более простыми. Давайте, однако рассмотрим особенности этих самых транзисторов, управляемых напряжением затвора.

MOSFET или IGBT

У IGBT (БТИЗ-биполярный транзистор с изолированным затвором) в открытом состоянии рабочий ток проходит через p-n-переход, а у MOSFET – через канал сток-исток, обладающий резистивным характером. Вот и возможности для рассеяния мощности у этих приборов различаются, потери получаются разными: у MOSFET-полевика рассеиваемая мощность будет пропорциональна квадрату тока через канал и сопротивлению канала, в то время как у БТИЗ рассеиваемая мощность окажется пропорциональна напряжению насыщения коллектор-эмиттер и току через канал в первой степени.

MOSFET или IGBT

Если нам нужно снизить потери на ключе, то потребуется выбрать MOSFET с меньшим сопротивлением канала, однако не стоит забывать, что с ростом температуры полупроводника это сопротивление вырастет и потери на нагрев все же возрастут. А вот у IGBT с ростом температуры напряжение насыщения p-n-перехода наоборот снижается, значит и потери на нагрев уменьшаются.

Но не все так элементарно, как может показаться на взгляд неискушенного в силовой электронике человека. Механизмы определения потерь у IGBT и MOSFET в корне различаются.

Как вы поняли, у MOSFET-транзистора сопротивление канала в проводящем состоянии обуславливает определенные потери мощности на нем, которые по статистике почти в 4 раза превосходят мощность, затрачиваемую на управление затвором.

У IGBT дело обстоит с точностью до наоборот: потери на переходе меньше, а вот затраты энергии на управление — больше. Речь о частотах порядка 60 кГц, и чем выше частота — тем больше потери на управление затвором, особенно применительно к IGBT.

Транзистор IGBT

Дело все в том, что в MOSFET неосновные носители заряда не рекомбинируют, как это происходит в IGBT, в составе которого есть полевой MOSFET-транзистор, определяющий скорость открывания, но где база недоступна напрямую, и ускорить процесс при помощи внешних схем нельзя. В итоге динамические характеристики у IGBT ограничены, ограничена и предельная рабочая частота.

Повышая коэффициент передачи и снижая напряжение насыщения — допустим, понизим статические потери, но зато повысим потери при переключении. По этой причине производители IGBT-транзисторов указывают в документации на свои приборы оптимальную частоту и максимальную скорость переключения.

Есть недостаток и у MOSFET. Его внутренний диод отличается конечным временем обратного восстановления, которое так или иначе превышает время восстановления, характерное для внутренних антипараллельных диодов IGBT. В итоге имеем потери включения и токовые перегрузки у MOSFET в полумостовых схемах.

Теперь непосредственно про рассеиваемое тепло. Площадь полупроводниковой IGBT-структуры больше чем у MOSFET, поэтому и рассеиваемая мощность у IGBT больше, вместе с тем температура перехода в процессе работы ключа растет интенсивнее, поэтому важно правильно подобрать радиатор к ключу, грамотно рассчитав поток тепла, приняв в расчет тепловые сопротивления всех границ сборки.

У MOSFET на высоких мощностях также растут потери на нагрев, сильно превосходя потери на управление затвором IGBT. При мощностях выше 300-500Вт и на частотах в районе 20-30 кГц преимущество будет за IGBT-транзисторами.

Биполярный транзистор с изолированным затвором

Вообще, для каждой задачи выбирают свой тип ключа, и есть определенные типовые воззрения на этот аспект. MOSFETы подойдут для работы на частотах выше 20 кГц при напряжениях питания до 300 В — зарядные устройства, импульсные блоки питания, компактные инверторы небольшой мощности и т. д. — подавляющее большинство из них собирают сегодня на MOSFET.

IGBT хорошо работают на частотах до 20 кГц при напряжениях питания 1000 и более вольт — частотные преобразователи, ИБП и т. п. — вот низкочастотный сегмент силовой техники для IGBT-транзисторов.

В промежуточной нише — от 300 до 1000 вольт, на частотах порядка 10 кГц, — подбор полупроводникового ключа подходящей технологии осуществляют сугубо индивидуально, взвешивая все за и против, включая цену, габариты, КПД и другие факторы.

Между тем нельзя однозначно сказать, что в одной типовой ситуации подойдет именно IGBT, а в другой — только MOSFET. Необходимо комплексно подходить к разработке каждого конкретного устройства. Исходя из мощности прибора, режима его работы, предполагаемого теплового режима, приемлемых габаритов, особенностей управления схемой и т.д.

И главное — выбрав ключи нужного типа, разработчику важно точно определить их параметры, ибо в технической документации (в даташите) отнюдь не всегда все точно соответствует реальности. Чем более точно будут известны параметры — тем эффективнее и надежнее получится изделие, независимо от того, идет ли речь об IGBT или о MOSFET.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте сеть умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-университет от GeekBrains:

Обучение Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Изучить C, механизмы отладки и программирования микроконтроллеров;

Получить опыт работы с реальными проектами, в команде и самостоятельно;

Получить удостоверение и сертификат, подтверждающие полученные знания.

Starter box для первых экспериментов в подарок!

После прохождения курса в вашем портфолио будет: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная сеть устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-регулятор), устройство контроля влажности воздуха, система умного полива растений, устройство контроля протечки воды.

Вы получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный сертификат, которые можно добавить в портфолио и показать работодателю.

MOSFET ТРАНЗИСТОРЫ ПРОТИВ IGBT

MOSFET
1)MOSFET это полевик или нет?
2)Зачем в них диодик рисуют внутри?
3)Они работают только в режиме открыт-закрыт или нет? можно ли ими чего-то усиливать? Я так понял что специально их используют только как альтернативу реле.
4)Что значит "затвор управляется логическим уровнем"? Как вообще им управлять? 5 вольт на затвор — открыт, 0В — закрыт? (для n-канала)
Или нужны какие-то ограничительные резисторы? Затвор описан как небольшой конденсатор, значит ограничительные резисторы будут тормозить переход?
5)Что лучше n или p канал?
6)Что за спец. микросхемы для затворов используются? Что за "правильные сигналы" они выдают на затвор? Что эти микросхемы делают, нужны ли они? Как они называются, посмотреть даташиты чтоли.

IGBT
1)В чем отличие IGBT от обычных транзисторов?
2)нужны ли опять эти спецмикросхемы-драйверы?

Тиристоры
Я тут нашел один тиристор bt137, что за зверь?
Что вообще такое тиристоры?))
Для чего и как они используются?
Как подключить его к МК?

У меня тут в схеме он вроде нагрузку открывает-закрывает.

Общее
1)Когда использовать MOSFET, кодга IGBT, когда тиристоры?
На каких частотах всё это нормально работает?
Где с ними можно использовать только постоянный ток, где только переменный?

Уж простите за объём.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

за разморозку темы спасибо. форум я прошерстил но инфы пока мало.

за книжку большое спасибо — где б вот ещё скачать бы:) интернет жадный не дает)

Компэл 28 октября приглашает всех желающих принять участие в вебинаре, где будет рассмотрена новая и перспективная продукция компании Traco. Мы подробно рассмотрим сильные стороны и преимущества продукции Traco, а также коснемся практических вопросов, связанных с измерением уровня шумов, промывкой изделий после пайки и отдельно разберем, как отличить поддельный ИП Traco от оригинала.

Управление лампами накаливания автомобиля – одна из задач, прекрасно решаемых интеллектуальными ключами PROFET+ производства Infineon. Однако, в силу больших пусковых токов при включении ламп, разработка узлов их коммутации на основе этих ключей требует учета всех особенностей и характеристик как самих ламп, так и системы электропитания конкретной модели автомобиля.

_________________
если рассматривать человека снизу, покажется, что мозг у него глубоко в жопе
при взгляде на многих сверху ничего не меняется.

MOSFET
1)MOSFET это полевик или нет?

MOSFET это сокращение от Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor.
Metal — металл
Oxide — окисел
Semiconductor — полупроводник
Field — поле
Effect — воздействие, эффект
Transistor — транзистор.
Таким образом это полевой транзистор структуры металл-окисел-полупроводник с изолированным затвором. По русски — МОП транзистор. Последнее время MOSFET-ами обзывают только мощные полевики, которые работают как ключи, хотя на самом деле такую же структуру имеют и высокочастотные маломощные полевики, в том числе, и двухзатворные для смесителей радиоприёмников.

2)Зачем в них диодик рисуют внутри?

Потому, что диодик там есть. Он получается автоматически при изготовлении транзистора — такой уж технологический процесс.

3)Они работают только в режиме открыт-закрыт или нет? можно ли ими чего-то усиливать? Я так понял что специально их используют только как альтернативу реле.

Можно использовать и в линейном режиме. Почему бы и нет? Но лучше их использовать как ключ из-за очень маленького сопротивления канала в открытом состоянии (единицы — сотни миллиом).

4)Что значит "затвор управляется логическим уровнем"? Это значит, что транзистор гарантированно откроется, если ему на затвор подать напряжение больше 3,2 вольта — напряжение логического уровня для TTL логики.

Как вообще им управлять? 5 вольт на затвор — открыт, 0В — закрыт? (для n-канала)

Примерно так. Если, конечно, исток сидит на земле. Однако, если явно не оговорено, что транзистор "управляется логическим уровнем", то 5 вольт может не хватить, чтобы транзистор открылся полностью. В таких случаях между затвором и истоком надо подавать обычно не меньше 7-8 вольт.

Или нужны какие-то ограничительные резисторы? Затвор описан как небольшой конденсатор, значит ограничительные резисторы будут тормозить переход?

К сожалению, мощные MOSFET транзисторы пока что невозможно изготовить с маленькой ёмкостью затвора. Обычно эта ёмкость составляет около тысячи пикофарад и даже больше.
Чтобы транзистор включился, эту ёмкость надо зарядить от нуля до нескольких вольт. (Или разрядить, чтобы выключился). Именно этим определяется быстродействие транзистора и отсюда же возникают соответствующие проблемы. Удастся зарядить эту ёмкость за 1 наносекунду — транзистор включится за наносекунду! Только фиг так получится — потребуется слишком большой ток! Резисторы в затвор ставятся как раз для ограничения тока перезаряда и конечно же они будут снижать быстродействие, но это лучше, чем сжечь каскад, который раскачивает транзисторы. Если частота переключения сотни герц, то резисторы не нужны. Ну а если десятки килогерц, то нужны обязательно.

5)Что лучше n или p канал?

В силу определённых обстоятельств, связанных с физикой и особенностями технологического процесса, при прочих равных условиях, у транзисторов с n-каналом, получаются лучшие характеристики.

6)Что за спец. микросхемы для затворов используются? Что за "правильные сигналы" они выдают на затвор? Что эти микросхемы делают, нужны ли они? Как они называются, посмотреть даташиты чтоли.

Микросхемы нужны, когда используется мостовая или просто двухтактная схема включения транзисторов и возможна ситуация, когда могут быть открыты оба транзистора одновременно и в верхнем и в нижнем плече — тогда возникнет сквозной ток. Микросхема как раз и формирует "правильные сигналы", чтобы этого не призошло. Кроме того, микросхема может работать как ШИМ регулятор. Как они называются — посмотрите схемы конкретных устройств, которых полно в интернете.

IGBT
1)В чем отличие IGBT от обычных транзисторов?

IGBT это гибрид полевого и биполярного транзисторов. Вход — полевой транзистор с изолированным затвором, выход — мощный биполярный транзистор.

2)нужны ли опять эти спецмикросхемы-драйверы?
Нужны. Кроме обычных проблем с включением-выключением у IGBT есть ещё так называемый "эффект защёлкивания" — когда IGBT включается и фиг его выключишь по входу. Насколько я понял, специальные микросхемы помогают избежать такой ситуации.

Тиристоры
Я тут нашел один тиристор bt137, что за зверь?
Что вообще такое тиристоры?))
Для чего и как они используются?
Как подключить его к МК?

Тиристор — четырёхслойная структура: n-p-n-p в которой три p-n перехода, в отличие от транзистора (два p-n перехода) и диода (один p-n переход). Эта четырёхслойная структура подключается таким образом, что наружу из корпуса торчат три вывода: анод, катод и
управляющий электрод. Нагрузка подключается одним концом к аноду, а другим к плюсу источника питания. Катод подключается к минусу источника питания. В таком состоянии тиристор закрыт и ток через него и через нагрузку не течёт. Если теперь в цепь управляющий электрод — катод подать небольшой короткий импульс тока, то тиристор включится и через него потечёт ток, определяемый только сопротивлением нагрузки. При этом падение напряжения на открытом тиристоре примерно 1 вольт. Ток через тиристор может быть намного больше, чем ток через управляющий электрод, который его включил. Тиристор останется во включённом состоянии, даже если ток через управляющий электрод прекратиться, и будет находиться во включённом состоянии сколь угодно долго, пока есть анодное напряжение и есть анодный ток.
Выключить тиристор через управляющий электрод, как правило, нельзя, хотя в природе бывают запираемые тиристоры. Тиристор выключается только по выходу, т.е., чтобы он выключился, надо уменьшить анодное напряжение почти до нуля, чтобы анодный ток стал меньше некоторого значения, которое называется током удержания.
Эти свойства позволяют применять тиристоры на переменном токе. Тиристор включают в диагональ диодного моста, а вдругую диагональ нагрузку и сеть переменного тока. На тиристоре при этом будет пульсирующее напряжение. Тиристор можно включить в любой
момент, а выключаться он будет автоматически в конце каждого полупериода.
Существуют также симметричные тиристоры — симисторы или триаки. Для работы на переменном токе им диодный мост не требуется.
Тиристоры удобно подключать к МК через оптроны. Причём существуют специальные оптроны, которые включают тиристор в момент перехода напряжения через ноль, чтобы не создавать
коммутационных помех.

Общее
1)Когда использовать MOSFET, кодга IGBT, когда тиристоры?
На каких частотах всё это нормально работает?
Где с ними можно использовать только постоянный ток, где только переменный?

MOSFET и IGBT можно использовать и на постоянном и на переменном токе, а тиристоры только на переменном.

При токах нагрузки до десятков ампер выгоднее использовать MOSFET. При нагрузках в десятки и сотни ампер выгоднее IGBT. Связано это с тем, что у MOSFET сопротивление канала величина постоянная и не зависит от тока. Потери на ключе в виде тепла равны
КВАДРАТУ тока, умноженному на сопротивление канала. Т.е. при возрастании тока вдвое, потери возрастают в четыре раза! При относительно небольших значениях тока с потерями можно мириться, но при больших токах — катастрофа. Что касается IGBT, то на выходе у них биполярные транзисторы, у которых напряжение насыщения хотя и зависит от тока, но не так катастрофически. Потери от тока зависят почти линейно.

IGBT vs мощный MOSFET

Ну скажем так, ранее, до появления IGBT некоторую нишу в силовой электронике занимали тиристоры маломощные, либо мощные MOSFET. Сейчас с появлением IGBT эта ниша занята ими, это средние мощности(от нескольких киловатт), электродвигатели и генераторы. IGBT очень медленные, максимальная рабочая частота для массовых изделий, не превышает 35-40 килогерц, что не позволяет добится высокого КПД в маленьком объёме. Но зато они намного лучше держат перегрузки, по сравнению с MOSFET, поэтому они применяются в электроприводах например, или в сварочниках.

P.S. В общем IGBT это эволюция и в будущем замена тиристорам, но заменить ими ни MOSFET ни тиристоры, пока невозможно.

т.н. перехода не произошло MOSFET имеют свои приемущества и где надо продолжают использоваться

при аналогичных характеристиках:

достоинства IGBT
1. при использовании на рабочее напряжение свыше 300v IGBT — дешевле
2. IGBT — имеют более высокую крутизну — нужно меньше энергии для их открывания/закрывания
3. IGBT — имеют меньше значение паразитных емкостей
4. IGBT — более радиационностойкие

недостатки IGBT
1. MOSFET — в открытом состоянии как резистор, который может быть очень маленьким, например, 1mOhm и при токе в 100А через него рассеиваемая мощность будет всего 10Watt, на IGBT при таком токе падение напряжения будет минимум 2v поэтому рассеиваемая мощность будет 200Watt. — сравни 10W и 200W
2. IGBT — может работать только в импульсном режиме включено/выключено и не может работать в линейном режиме как MOSFET
3. IGBT — имеет более высокие коммутационные потери чем MOSFET и не может работать на таких же высоких частотах как MOSFET
4. IGBT — менее надёжен — менее устойчив к перегрузкам по току и напряжению по сравнению с MOSFET, -при перегрузках по току и в случае лавинного пробоя в IGBT выделяется большая мощность при меньшем размере кристала и следовательно меньшим запасом теплоёмкости, не все IGBT в отличие от MOSFET могут работать в режиме лавинного пробоя(ораничения выходного напряжения), IGBT — более подвержены к выходу из строя из-за термоциклирования, IGBT — менее помехоустойчивые.

IGBT- тоже гибрид. Сочетает преимущества биполярного и полевого транзисторов. Малая энергия управления, большая мощность.
Есть вещи хорошие сами по себе (полевой транзистор), есть вещи хорошие для чего-нибудь (IGBT и частотный электропривод).

Тиристоры не запираются, их легко применять только в цепях переменного тока.

Есть и запираемые тиристоры(Если интересно яндекс по ключевым словам GTO, GCT, IGCT всё о них расскажет), но опятьже у них своя ниша, мощности около мегаватта. И потихоньку их всёравно вытеснят IGBT.

P.S. Кстати в электроусилителе для калин, используют IGBT в режиме близком к КЗ. А с учётом, того что на катушку российского обмоточного провода допускается некоторое количество метров повреждённой изоляции, и невозможность адекватно отследить наличие КЗ в обмотке, при большом рабочем токе, получаем довольно высокую вероятность смерти транзистора. И поскольку электродвигатель электроусилителя установлен прямо на валу руля, то в случае смерти транзистора руль либо заклинивает, либо он выкручивается в одну сторону до упора.

Сообщение от Artegal

Сообщение от Alex!

Асинхронным его назвать нельзя.
Асинхронный-по определению- имеет короткозамкнутый ротор типа "беличье колесо", в котором наводятся токи в результате ОТСТАВАНИЯ скорости вращения ротора от скорости вращения магнитного поля статора ("скольжение").
Потому и называется АСИНХРОННЫЙ.
В нашем случае двигатель СИНХРОННЫЙ, только немного отличается по конструкции.
В общепринятых синхронных двигателях магнитное поле ротора создается обмоткой возбуждения через щетки. И ротор превращается в большой магнит, который следует за вращающимся магнитным полем статора СИНХРОННО.

В нашем случае в роторе применены постоянные магниты, да не один, а несколько. И обмоток на статоре не три. В результате магниты следуют за вращающимся магнитным полем, как в синхронном двигателе.
Есть еще название "вентильный двигатель", но при всей похожести устройства двигатель Приуса так называть нельзя, поскольку он управляется ШИМ. А в "вентильном" просто переключаются соответствующие обмотки статора.

Еще это устройство напоминает шаговый двигатель. Там ротор относительно большого диаметра намагничен многочисленными полосами N-S-N-S. И на многочисленные обмотки статора подается постоянный ток так, чтобы намагниченные полосы все время "шагали" от катушки к катушке. Тут важно, чтобы количество полюсов ротора и статора не совпадало, иначе ротор с места не сдвинется. В игольчатых принтерах такие стоят, прямо слышно, как они "шагают".

В двигателе Приуса тоже количество магнитов ротора и полюсов обмотки статора не совпадают.

Импульсный свет в фотографии

о накамерных вспышках, студийных моноблоках, генераторах и т.п..

  • Вход
  • Регистрация
  • Ссылки

Текущее время: 26 окт 2021, 09:17

Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярные.

  • Автор
  • Сообщение

Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярные.

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Используют. Только Canon Transistor Pack E уже лет 10 как не выпускается. Теперь другие идут.
Вероятно, полевыми сложнее управлять.
Хотя сейчас есть готовые микросхемы, совмещающие и преобразователь и драйвер для IGBT импульсной лампы. Используются в цифровых фотоаппаратах.

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

думаю нет. какая разница вообще чем ? пять деталей сюда, пять туда.
принципиально ничего не решается. или есть другое причины.

в никонах sb800/sb900 и кенонах вроже тоже биполярники на преобразователе стоят ..

ага 2 в паралель — 2SB1148 в sb600 и sb800.. нужно подумать почему

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

А во вспомогательных преобразователях в этих же вспышках — сплошь MOSFETы.

И вот один из преобразователей для вспышки с использованием IRF511 (сейчас есть MOSFETы и с меньшим сопротивлением перехода исток-сток): http://www.discovercircuits.com/PDF-FILES/xenfls1.pdf

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

у меня есть самый малоомный — HAT2165H
Silicon N Channel Power MOS FET Power Switching с видeокарты.

в общем схема с irf511 новизной не блещет, давно примерно такую собирал для питания газоразрядных индикаторов. успешно работала.

сейчас ее облагородил немного (исполнение)

выскажу свое мнение:
полевик управляется напряжением,
биполярный транзистор током

исходя из этого сделать например низковольтный повышающий преобразователь на полевике проблематично (думаю, что пока не существуют полевики с напряжением уверенного открывания 1-3 вольта)

но ко входному/выходному сопротивления это относиться мало.

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

итого, дошло время раскрыть эту тему поподробней:

воспользуемся ссылкой на pdf полевика и обсудим следующую картинку
табличку внизу оставим на потом.

Изображение

разберем подписи

вертикальная ось — ток истока в Амперах
горизонтальная ось — напряжение исток-сток в Вольтах

тепрь подпись на легенде
Vgs — это напряжение между стоком и затвором в Вольтах

то есть на картинке изображены кривые зависимости тока Истока и напряжения Исток-Сток от управляющего напряжения на затворе!!

надпись справа внизу <60mS PULSE WIDTH наводит на мысли, что эти кривульки сделаны не для постоянного тока, а для импульсов. что в общем к нашему делу не имеют.

теперь обсудим, что это значит

допустим, мы хотим использовать наш полевик в качестве ключа для коммутации активной нагрузки — например резистора.

в нагрузку мы хотим залить 10 ампер например:

по этим кривулькам мы можем определить, что напряжением на затворе меньше 4.5 вольт его вообще не открыть на такой ток!!
кривулек ниже 3 вольт на затворе нет, видимо потому что он вообще не откроется.
кривулек выше 10 вольт на затворе тоже нет — потому что он уже при 7-8 распахнут полностью.

тепрь о табличке — на графике я отметил красными точками, параметры Vds, Id — описанные в табличке.
если по этим точкам посмотреть напряжение между стоком и истоком (горизонтальная ось)- увидим, что падение на нем всегда меньше 0.5 вольт.

другими словами эти кривульки связывают 3 величины
ток стока
напряжения на затворе
напряжение между стоком и истоком

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Непрочитанное сообщение boras » 27 сен 2012, 15:13

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Изображение

пока она для меня не очевидна. см выше.

а если мы возмем другой полевик, например такой:
APM3009NGC-TR N-Channel Enhancement Mode MOSFET 30V 70A 7mOh(10v),11mOh(4.5v) ??

Думаю что можно взять из даташита
rise time — 43ns
fall time — 16ns

но при таких скоростях вы можете столкнутся с эффектом Миллера в mosfete.

43ns — это если я правильно посчитал соответствует частоте

23Mhz!!
для чего вам его смыкать с такой частотой ??

p.s.
может вынесем этот трей в более подходящую ветку форума ?

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Щас, «отрежу» все сообщения касательно полевых. Как лучше новую ветку назвать?
Может, «Некоторые нюансы применения MOSFET» ? Или: «Борьба полевых с биполярными» ?

Предложите название разговору начиная с viewtopic.php?p=333#p333

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

лучше так : силовые транзисторы: MOSFET, IGBT, биполярные..

в общем то никто не борется — у каждого есть своя ниша.

рекомендую почитать для общего развития

Воронин — Силовые полупроводниковые ключи 2001/2005
ну и опять
Семенов — Силовая электроника 200х/2005

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Непрочитанное сообщение boras » 27 сен 2012, 15:15

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

у меня с разборки видюхи остались

LFPAK
HAT2165 Silicon N Channel Power MOS FET Power Switching 30V 55A 2.5mOh
SuperSO8
BSC059N03S Low Voltage MOSFETs — OptiMOS╝2 Power MOSFET, 30V 50A 5.5mOhm

вот эти я считаю минимальные — 2,5 милли Ом !

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Забавно, что все спорщики пишут свои ответы за компами.
А в материнских платах импульсные преобразователи, обеспечивающие питание процессора со времен Pentium I только на MOSFETах делают — причем токи потребления в современных процессорах намного больше, чем вспышках.
Самый распостраненный в старых платах 2SK2885 имеет сопротивление RDS(on) 15 миллиОм при токе и напряжении на затворе VGS = 4V

Преобразователи вспышек делают на биполярных лишь потому, что они дешевле. И до КПД никому никакого дела нет, все так же ставят прямоходовые преобразователи.

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

изучение документации никогда лишним не было. ибо как показывает опыт — многие научившись читать в школе всеравно не понимают смысла написанного.
да и учиться никогда не поздно. если есть желание научится чему либо.

будем развеивать мифы:
*сможете определить в процентак стоимость детелей преобразователя от цены всего устройства ?
*так бы было, если бы в них использовался бесконечный источник энергии, но увы, таких пока еще не придумали.
если смотрели схему вспышки 420 или никоновских sb — там даже добавляют 5-10 деталей чтобы отключать источник в 30 вольт (питание схемы управления igbt )от зарядной ёмкости ! делали бы они так если бы хотели сэкономить 3 копеки на деталях? пофигу им потребление от батареек?
* а вы знаете наверняка какой преобразователь стоит в последней вспышке сигмы — EF-610 DG Super flash ??

вот у меня жена сменила для съемки 430 на мец 58. если раньше ей хватало 1 комплекта аккумов, то теперь на тоже самое уходит два. а если взять еще что то мощнее ? нужно 10 комплектов ?

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

Много интересного можно узнать из патентов на изобретения. Конечно не каждый патент является истиной в последней инстанции, но просмотрев десяток документов, можно найти ответ практически на любой вопрос.

Например воспользуемся сайтом http://www.freepatentsonline.com для поиска патентов Canon по фотовспышкам. Вводим в строку поиска AN/Canon DC-DC flash и в первом же документе под номером US4306281 (30 лет назад!) узнаём что более предпочтительно было бы использовать германиевый PNP транзистор, но в связи с сокращением их производства, пришлось разработать схему на кремниевом NPN транзисторе. Даётся несколько вариантов преобразователя с подробным описанием всех процессов (кстати довольно стандартная схема).
Рекомендую обратить внимание на четвёртый в списке документ под номером US6404987, в котором очень подробно описана система ETTL (принцип, логика, побитная передача команд, типовая схема, в общем всё-всё-всё).

Следующим шагом хотелось бы узнать про преобразователи в фотовспышках на мосфетах. К сожалению мне не удалось их найти, хотя кое какие упоминания конечно есть. Например в таком вот безродном (частном) документе US20070223907 упоминаются именно недостатки использования полевиков во вспышках фотомыльниц.

ЗЫ я эти патентики уже давно почитываю по самым разным вопросам. Так вот сложилось твёрдое убеждение что на первом месте у разработчиков идёт экономия электроэнергии, а на втором низкая стоимость. И никак не наоборот :wink:

Re: Силовые транзисторы в сравнении: MOSFET, IGBT, биполярны

странные разговоры у нас пошли, нужен — не нужен.

если это сделали, значит это кому то нужно! что появилось в первую очередь — задача или способ решения — то не всегда ответ очевиден.

дело все в том, что полевой транзистор это обобщенный термин — их разных видов больше десятка-двух!!

в силовой электронике используется исключительно MOSFET — metall-oxyde-semiconductor field effect transistor!

и продолжение это проблемы в том, что это тоже обобщенное название целого класса устройств сделанных по разной технологии !!
(HEXFET® Power MOSFET, TrenchMOS™ technology, TMOS E-FET — и у каждого производителя своя фенечка, а иногда и не одна)
и если это опять переводить на русский — то можно устать, весьма быстро..

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: