Sự khác nhau giữa MOSFET và IGBT

Transistor lưỡng cực là transistor công suất duy nhất được sử dụng cho đến khi MOSFET ra đời vào đầu những năm 1970. BJT đã trải qua những cải tiến quan trọng về hiệu suất điện kể từ khi ra đời vào cuối năm 1947 và vẫn được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử. Transistor lưỡng cực có đặc điểm tắt tương đối chậm và nó thể hiện hệ số nhiệt độ âm có thể dẫn đến đánh thủng thứ cấp. Tuy nhiên, MOSFET là thiết bị được điều khiển điện áp chứ không phải điều khiển dòng điện. Nó có hệ số nhiệt độ dương đối với điện trở ngăn chặn sự thoát nhiệt và kết quả là không xảy ra đánh thủng thứ cấp. Sau đó, IGBT xuất hiện vào cuối những năm 1980. IGBT về cơ bản là sự kết hợp giữa transistor lưỡng cực và MOSFET và cũng được điều khiển bằng điện áp giống như MOSFET. Trong bài viết này Điện Tử Tương Lai sẽ nêu lên một số điểm để so sánh sự khác nhau giữa IGBT và MOSFET.

MOSFET

MOSFET là một loại transistor hiệu ứng trường đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong các mạch tích hợp quy mô rất lớn nhờ cấu trúc phức tạp và trở kháng đầu vào cao. Đây là thiết bị bán dẫn bốn cực điều khiển cả tín hiệu analog và tín hiệu kỹ thuật số. Cực cổng nằm giữa cực nguồn và cực máng và được cách nhiệt bởi một lớp oxit kim loại mỏng ngăn dòng điện chạy giữa cực cổng và kênh. Công nghệ này hiện được sử dụng trong tất cả các loại thiết bị bán dẫn để khuếch đại tín hiệu yếu.

IGBT

IGBT là một thiết bị bán dẫn ba cực kết hợp khả năng mang dòng điện của transistor lưỡng cực với khả năng dễ điều khiển của MOSFET. Nó là một thiết bị tương đối mới trong lĩnh vực điện tử công suất, thường được sử dụng như một công tắc điện tử trong nhiều ứng dụng, từ các ứng dụng công suất trung bình đến siêu cao như nguồn điện ở chế độ chuyển mạch (SMPS). Cấu trúc của nó gần giống với cấu trúc của MOSFET ngoại trừ việc bổ sung chất nền p bên dưới chất nền n.

Sự khác biệt giữa IGBT và MOSFET

Cơ bản về IGBT và MOSFET

Mặc dù, cả hai đều là thiết bị bán dẫn được điều khiển bằng điện áp hoạt động tốt nhất trong các ứng dụng cung cấp điện ở chế độ chuyển đổi (SMPS), IGBT kết hợp khả năng xử lý dòng điện cao của transistor lưỡng cực với sự dễ dàng điều khiển của MOSFET. IGBT bảo vệ dòng điện kết hợp các ưu điểm của BJT và MOSFET để sử dụng trong các mạch cung cấp điện và điều khiển động cơ. MOSFET là một loại transistor hiệu ứng trường đặc biệt, trong đó điện áp đặt vào xác định độ dẫn của thiết bị.

Nguyên lý làm việc của IGBT và MOSFET

IGBT về bản chất là một thiết bị MOSFET điều khiển transistor công suất tiếp giáp lưỡng cực với cả hai transistor được tích hợp trên một miếng silicon, trong khi MOSFET là cổng cách điện FET chung, thường được chế tạo bằng quá trình oxy hóa có kiểm soát của silicon. MOSFET thường hoạt động bằng cách thay đổi độ rộng của kênh bằng điện áp trên một điện cực được gọi là cực cổng nằm giữa cực nguồn và cực máng, và được cách điện bởi một lớp oxit silic mỏng. MOSFET có thể hoạt động theo hai cách: Chế độ cạn kiệt và chế độ tăng cường.

Trở kháng đầu vào của IGBT và MOSFET

IGBT là thiết bị lưỡng cực được điều khiển bằng điện áp với trở kháng đầu vào cao và khả năng xử lý dòng điện lớn của transistor lưỡng cực. Nó có thể dễ dàng điều khiển so với các thiết bị điều khiển dòng điện trong các ứng dụng dòng điện. MOSFET hầu như không yêu cầu dòng điện đầu vào để kiểm soát dòng tải, điều này làm cho nó có nhiều điện trở hơn ở cực cổng, nhờ vào lớp cách ly giữa cực cổng và kênh. Lớp cách ly được làm bằng oxit silic là một trong những chất cách điện tốt nhất. Nó ngăn chặn hiệu quả điện áp đăt vào ngoại trừ dòng rò rỉ nhỏ.

Xung điện áp

MOSFET dễ bị phóng điện (ESD) hơn vì trở kháng đầu vào cao của công nghệ MOS trong MOSFET sẽ không cho phép điện tích tiêu tán theo cách có kiểm soát. Chất cách điện oxit silicon bổ sung làm giảm điện dung của cực cổng, khiến nó dễ bị tổn thương trước các xung điện áp rất cao, chắc chắn sẽ làm hỏng các thành phần bên trong. MOSFET rất nhạy cảm với ESD. Các IGBT thế hệ thứ ba kết hợp các đặc tính điều khiển điện áp của MOSFET với khả năng kháng thấp của transistor lưỡng cực, do đó làm cho nó có khả năng chống quá tải và tăng đột biến điện áp cực kỳ tốt.

Ứng dụng của IGBT và MOSFET

Thiết bị MOSFET được sử dụng rộng rãi để chuyển mạch và khuếch đại tín hiệu điện tử trong các thiết bị điện tử, điển hình cho các ứng dụng có độ nhiễu cao. Ứng dụng nhiều nhất của MOSFET là trong các bộ nguồn ở chế độ chuyển đổi, ngoài ra nó có thể được sử dụng trong các bộ khuếch đại class D. Nó là transistor hiệu ứng trường phổ biến nhất và có thể được sử dụng trong cả mạch analog và kỹ thuật số. Mặt khác, IGBT được sử dụng trong các ứng dụng công suất trung bình đến cực cao như cung cấp điện chế độ chuyển đổi, sưởi ấm cảm ứng và điều khiển động cơ kéo. Nó được sử dụng như một linh kiện quan trọng trong các thiết bị hiện đại như ô tô điện, chấn lưu đèn và VFD (biến tần).