MOSFET vs. IGBT

전력 전자 장치 세계에서는 올바른 반도체 장치를 선택하는 것이 전자 시스템의 성능, 효율 및 신뢰성을 향상시키는 데 매우 중요합니다.두 가지 인기있는 옵션은 실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (SI IGBT)와 실리콘 카바이드 금속-산화물-비도체 전계 효과 트랜지스터 (SIC MOSFET)입니다.이러한 각 장치에는 고유 한 기능과 이점이있어 다양한 용도에 적합합니다.이 기사는 SI IGBTS와 SIC MOSFET의 주요 차이점을 설명하여 특성, 장단점, 단점 및 특히 모터 드라이브 시스템에서 인버터 기술에 어떤 영향을 미치는지 논의합니다.이러한 차이점을 이해함으로써 엔지니어와 디자이너는 전력 전자 프로젝트를 개선하기 위해 더 나은 결정을 내릴 수 있습니다.

목록

그림 1 : MOSFET vs. IGBT

si igbts 및 sic mosfets 이해

sic mosfets

실리콘 카바이드 금속-산화물-세미도 전조 전계 효과 트랜지스터 (SIC MOSFET)는 게이트 터미널에 적용된 전압을 제어하여 작동합니다.SIC MOSFET의 주요 이점 중 하나는 온도가 증가하면 온도가 증가하여 장치 고장을 유발하는 조건 인 열 런 어웨이에 대한 강한 저항성입니다.이 저항은 주로 규칙적인 실리콘에 비해 실리콘 카바이드 (SIC)의 더 나은 열 전도성에 기인합니다.SIC의 높은 열 전도도는 장치 수준에서 효과적인 열 소산을 보장하여 높은 전력 조건에서도 안정적인 작동 온도를 유지합니다.

열 관리 능력은 자동차 및 산업 환경에서 발견되는 것과 같은 고온이 높은 환경에서 매우 중요합니다.이러한 상황에서 전자 부품의 신뢰성과 효율성은 매우 중요하며 SIC MOSFET은 강력한 솔루션을 제공합니다.강력한 조건에서 성능을 유지하고 과열을 방지하는 능력은 열을 관리하는 데 큰 관심사 인 전력 전자 제품에 매우 바람직합니다.

si igbts

실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (SI IGBT)는 전류에 의해 제어되는 반도체 장치이며, 이는 게이트 터미널에 전류를 적용하여 작동합니다.이 트랜지스터는 일반적으로 직류 (DC)를 교대 전류 (AC), 특히 모터 드라이브로 변환하는 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.Si IGBTS의 매력은 높은 전류를 효과적으로 처리하는 능력입니다.또한 빠르고 정밀한 전력 제어가 필요한 응용 프로그램에 매우 빠른 스위칭 속도를 제공합니다.

전기 특성과 관련하여 SI IGBT는 전압 등급이 높기 때문에 고전압 조건에서 안전하게 작동 할 수 있습니다.또한 전류를 수행 할 때 장치 전체에 걸쳐 전압이 낮아져 전력 손실이 낮아지고 효율성이 향상됩니다.또한 Si IGBT는 전도도 손실이 낮으므로 트랜지스터가 'ON'상태에있을 때 전력이 적어 시스템의 전반적인 성능을 향상시킵니다.

이러한 품질은 SI IGBT가 특히 제조 시스템과 같은 고출력 모터 드라이브 응용 프로그램에 적합하게 만듭니다.이러한 힘든 환경에서의 강력한 성능은 큰 전류와 전압을 효과적으로 전환 할 수있는 능력으로 인해 고출력 모터를 제어하기위한 저렴하고 신뢰할 수있는 선택이기 때문입니다.

인버터와 모터 드라이브 시스템에 미치는 영향

그림 2 : 인버터 및 모터 드라이브 시스템에 미치는 영향

모터 드라이브 애플리케이션에서 인버터는 배터리 시스템에서 대체 전류 (AC)로 직류 (DC)를 변경하는 데 큰 역할을하며 전기 모터가 작동해야합니다.이 변화는 대형 배터리 팩이 필요한 DC 전력을 제공하는 전기 자동차에 매우 필요합니다.인버터는 속도, 토크, 전력 및 효율을 포함하여 모터 성능의 중요한 부분을 처리합니다.또한 제동 중에 에너지를 포착하여 배터리로 다시 보내는 기능인 재생 제동을 도와줍니다. 전체 시스템을보다 에너지 효율적으로 만듭니다.

사용되는 인버터 유형은 모터 드라이브 시스템의 작동 방식에 큰 영향을 미칩니다.역사적으로, 실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (SI IGBT)와 실리콘 카바이드 금속-산화물-비도체 전계 효과 트랜지스터 (SIC MOSFET)의 두 가지 유형의 인버터가 널리 사용되었습니다.

SI IGBT는 신뢰할 수 있고 제조 공정이 잘 확립되어 있기 때문에 표준 선택이었습니다.그러나 SIC MOSFET은 성능이 향상되어 인기가 높아지고 있습니다.SIC MOSFET은 스위칭 손실이 낮고 열전도율이 향상되며 SI IGBT에 비해 더 높은 주파수 및 온도에서 작동 할 수 있습니다.이러한 장점으로 인해 효율성이 향상되고 냉각 필요성이 줄어들며 더 작고 가벼운 모터 드라이브 시스템을 설계 할 수 있습니다.

처음에는 SIC MOSFET의 높은 비용으로 인해 고급 또는 특수 응용 프로그램으로 사용이 제한되었습니다.그러나 제조 기술 및 대량 생산의 개선으로 인해 SIC 장치의 비용이 크게 줄어들어 더 넓은 범위의 모터 드라이브 애플리케이션을위한 실용적이고 매력적인 옵션이되었습니다.이러한 비용 절감은 성능 이점과 함께 자동차, 산업 자동화 및 재생 가능 에너지 부문을 포함한 다양한 산업에서 SIC MOSFET을 더 많이 사용하게되었습니다.

Si igbts와 sic mosfet의 장점과 단점

Si IGBTS (실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)

실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (SI IGBT)는 강력한 성능 특성으로 인해 고출력 응용 분야에서 널리 사용됩니다.다음은 장점과 단점에 대한 자세한 내용입니다.

• si igbts의 장점

큰 전류를 잘 처리합니다. Si IGBT는 대형 전류를 효율적으로 관리하는 데 매우 능숙합니다.이를 통해 산업 기계 및 전기 자동차와 같은 대규모 전력 부하를 처리 해야하는 응용 프로그램에 적합합니다.

빠른 스위칭 속도 : SI IGBTS는 빠르게 켜지거나 꺼질 수 있으므로 전류 흐름의 빠른 변화가 필요한 시스템의 성능을 향상시킵니다.이 빠른 스위칭 능력은 빠른 변화가 필요한 응용 프로그램에 도움이되며 응답 성과 성능이 향상됩니다.

저렴한 비용 : SI IGBT의 생산 공정은 성숙하고 잘 확립되어 생산 비용이 낮아집니다.이 비용의 이점은 SI IGBT가 많은 고전력 응용 프로그램에 대한 예산 친화적 인 선택으로 전반적인 시스템 비용을 줄입니다.

고전압을 처리 할 수 ​​있습니다. SI IGBT는 고전압을 견딜 수있어 고전압 수준에서 작동하는 응용 분야에 적합합니다.이 능력은 특히 고전압 내구성이 필요한 전력 전송 및 분배 시스템에 특히 유용합니다.

낮은 에너지 손실 : SI IGBTS는 전류를 수행 할 때 최소 전압 강하 및 컨덕턴스 손실이 있습니다.이 효율성은 에너지 손실 감소와 전반적인 시스템 성능 향상으로 이어져 전력에 민감한 응용 분야의 고효율을 유지하는 데 좋습니다.

• si igbts의 단점

과열이 발생하기 쉬운 : 전기 자동차 또는 산업 시스템과 같은 고출력 응용 분야에서 SI IGBT는 과열 될 수 있습니다.이 과열로 인해 온도가 상승하면 온도가 추가로 증가하여 장치 고장이 발생하는 열 런 어웨이로 이어질 수 있습니다.이러한 열 문제의 위험은 고출력 상황에서 신뢰성 문제를 제기합니다.

턴 오프 시간이 느려진다 : 일부 새로운 반도체 장치와 비교하여 SI IGBT는 꺼지는 데 시간이 더 걸립니다.이 느린 턴 오프는 고주파 인버터 또는 고급 모터 제어 시스템과 같이 매우 빠른 스위칭이 필요한 응용 분야에서의 효과를 제한 할 수 있습니다.턴 오프 시간이 느리면 스위칭 손실이 증가하고 이러한 응용 분야에서 전반적인 효율이 감소 할 수 있습니다.

SIC MOSFETS (실리콘 카바이드 금속-산화물-세미도 전계 전계 트랜지스터)

모터 드라이브 응용 분야에서 실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (SI IGBT)와 실리콘 카바이드 금속 산화물-비도체 전계 효과 트랜지스터 (SIC MOSFET)를 선택하는 것은 시스템의 성능과 효율에 큰 영향을 미칩니다.SIC MOSFET의 장단점을 이해하면 몇 가지 어려움에도 불구하고 많은 고성능 응용 프로그램에서 왜 인기있는 선택이되는지 설명하는 데 도움이됩니다.

• SIC MOSFET의 장점

더 높은 효율성 : SIC MOSFET은 Si IGBT에 비해 전도 및 전환 손실이 낮습니다.이 개선 된 효율성은 에너지 소비를 줄이고 모터 드라이브 시스템의 전반적인 성능을 향상시킵니다.손실이 낮아짐에 따라 에너지가 적은 열로 낭비되어 전력 사용이 더 효과적입니다.

더 나은 열 관리 : 실리콘 카바이드는 실리콘보다 열을 더 잘 수행합니다.이를 통해 SIC MOSFET은 더 효과적으로 열을 처리 할 수있어 고전력 조건에서도 성능과 신뢰성을 유지합니다.더 나은 열 관리는 광범위한 냉각 시스템의 필요성을 줄여 설계를 간단하고 절감 비용을 줄입니다.

더 빠른 스위칭 : SIC MOSFET은 Si IGBT보다 훨씬 높은 스위치 주파수에서 작동 할 수 있습니다.더 빠른 스위칭을 통해 모터를보다 정확하게 제어 할 수 있으며 빠른 전환이 필요한 응용 분야에서 성능을 향상시킬 수 있습니다.이것은 효율성과 빠른 응답 시간이 매우 중요한 전기 자동차 드라이브 및 산업용 모터 제어에 특히 유용합니다.

더 높은 전압 처리 : SIC MOSFET은 Si IGBT보다 높은 전압을 관리 할 수있어 고전압 응용 분야에 적합합니다.이 높은 전압 공차는 강력한 전압 처리가 필요한 전력망 인터페이스 및 고출력 산업 드라이브에 유용합니다.

더 작은 크기 : 더 나은 효율과 열 특성으로 인해 SIC MOSFET은 실리콘 상대보다 작게 만들 수 있습니다.이 크기 감소는 더 컴팩트하고 경량 시스템을 만드는 데 좋습니다. 이는 공간과 무게를 절약하는 전기 자동차와 같은 응용 분야에서 특히 가치가 있습니다.

• SIC MOSFET의 단점

더 높은 비용 : SIC MOSFET을 만드는 것은 Si igbts를 만드는 것보다 더 복잡하고 비싸다.이 높은 생산 비용은 구매 가격이 높아져 특히 비용에 민감한 애플리케이션에서 장벽이 될 수 있습니다.그러나 제조업이 개선되고 대량이 생산됨에 따라 이러한 비용은 점차 감소하고 있습니다.

제한된 시장 사용 : 새로운 기술로서 SIC MOSFET은 아직 Si IGBT만큼 널리 채택되지 않았습니다.이 제한된 사용으로 인해 사용 가능한 구성 요소가 적고 지원이 적어 엔지니어가 부품을 찾고 기술적 도움을 얻기가 더 어려워집니다.시간이 지남에 따라 SIC 기술이 더 일반화됨에 따라 이러한 제한은 줄어들 것으로 예상됩니다.

복잡한 드라이브 요구 사항 : SIC MOSFET은 종종 SI IGBT에 비해 고급 드라이브 회로가 필요합니다.이 드라이브 회로의 복잡성은 전체 시스템 설계를 복잡하게 만들고 개발 비용을 증가시킬 수 있습니다.엔지니어는 SIC 기술의 이점을 완전히 혜택을 받기 위해 이러한 회로를 신중하게 설계하고 구현해야합니다.

SIC MOSFET을 사용한 인버터 기술 향상

그림 3 : 전원 캐비닛 SI 솔루션과 모터 드라이브 인버터에 대한 SIC 솔루션 비교

실리콘 카바이드 MOSFETS (SIC MOSFETS)는 모터 드라이브 시스템에서 인버터 기술을 크게 개선하여 실리콘 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (SI IGBT)보다 많은 이점을 제공합니다.SIC MOSFET은 스위칭 손실이 낮아서 스위칭 속도가 훨씬 높아서 운동 속도와 토크를보다 정확하게 제어 할 수 있습니다.또한 열을 더 잘 처리하므로 열을보다 효과적으로 제거하고 대형 냉각 시스템의 필요성을 줄입니다.이것은 더 작고 가벼운 인버터 설계로 이어 지므로 전기 자동차에 특히 좋습니다.

SIC MOSFET은 또한 고온에서 작동하여 힘든 조건에서 모터 드라이브 시스템의 신뢰성과 수명을 증가시킬 수 있습니다.SI IGBT는 여전히 저렴한 응용 분야에서 또는 높은 스위칭 속도 및 열 관리가 우려되는 경우에도 여전히 사용될 수 있지만 효율성, 열 처리 및 SIC MOSFET의 높은 성능은 고성능 및 안정적인 모터 드라이브 응용 프로그램에 적합합니다.전기 자동차 및 산업 자동화를 포함합니다.

IGBT와 MOSFET의 주요 차이점

매개 변수	IGBT	MOSFET
전압 범위	600V ~ 6500V (일반적인 고전압 응용 프로그램)	20V ~ 1000V (공통 저소로에서 중간 전압 응용 프로그램)
일반적인 응용 프로그램	고전압, 고전류 응용 분야 (예 : 전력 그리드, 산업 모터 및 인버터	저전소 전압 응용 프로그램 (예 : 전원 공급 장치, 오디오 증폭기 및 모터 컨트롤러
국가 전압 강하 (vCE 또는 다섯DS)	더 높은 전압 강하, 일반적으로 2V ~ 4V	낮은 전압 강하, 일반적으로 0.1V ~ 1V
스위칭 속도	스위칭 속도가 느립니다 (낮은 주파수에 더 적합합니다 응용 프로그램)	더 빠른 스위칭 속도 (고주파 응용 프로그램에 더 적합)
전도 손실	양극성 특성 및 더 높은 전압 강하로 인해 더 높습니다	단극 특성과 낮은 전압 강하로 인해 낮습니다
스위칭 손실	스위칭 속도가 느리기 때문에 더 높습니다	더 빠른 스위칭 속도로 인해 낮아집니다
열 안정성	더 높은 전력 수준에서 더 나은 열 성능	IGBT에 비해 열 성능이 제한되었습니다
제어 복잡성	게이트 드라이브 요구 사항이 쉬우 며 일반적으로 전압 제어	일반적으로 더 복잡한 게이트 구동 회로가 필요합니다 현재 제어
견고함	일반적으로 더 나은 단락 견학 기능	일반적으로 낮은 단락 내차 기능
비용	일반적으로 등가 전압 등급에 대해 더 높습니다	일반적으로 등가 전압 등급의 경우 더 낮습니다

장치 유형

그림 4 : 장치 유형 - MOSFET 및 IGBT 기호 비교

IGBTS (절연 게이트 바이폴라 트랜지스터)는 MOSFET (금속 산화물 세미 도체 전계 효과 트랜지스터) 및 바이폴라 트랜지스터의 혼합입니다.그들은 MOSFET과 같은 전압 제어 게이트를 가지고있어 쉽게 스위칭을 할 수 있습니다.또한 양극과 같은 전류 운반 능력이있어 높은 전력 레벨을 처리 할 수 ​​있습니다.대조적으로 MOSFETS는 전압 제어 트랜지스터 일뿐입니다.소스와 배수 단자 사이의 전류 흐름은 게이트에 적용되는 전압에 의해 제어됩니다.

전압 등급

그림 5 : 배수/수집기 전압 대.MOSFET 및 IGBT의 현재

전압 등급의 경우 IGBT는 수백에서 수천 볼트까지 고전압 사용에 더 좋습니다.이로 인해 모터 드라이브 및 파워 인버터와 같은 고출력 애플리케이션에 적합합니다.MOSFET은 일반적으로 전자 스위칭 회로 및 전압 조절기에서 일반적으로 수십에서 수백 볼트까지 하위 내지 중간 전압 응용 분야에서 사용됩니다.

현재 처리

그림 6 : MOSFET 및 IGBT의 경우 25 ° C 및 150 ° C의 VD-ID 특성

현재 처리 측면에서 IGBT는 양극성 전류 운반 기능으로 인해 고전류 응용 프로그램에 적합합니다.이것은 고출력 설정에서 유용하게 만듭니다.그러나 MOSFET은 일반적으로 고효율 및 빠른 스위칭이 필요한 전류 응용 분야에서 일반적으로 사용됩니다.

스위칭 속도

스위칭 속도는 또 다른 큰 차이입니다.IGBTS는 MOSFET보다 느리게 스위치하여 빠른 스위칭이 필요하지 않은 응용 분야에 적합합니다.반면, MOSFET은 고주파 사용을 위해 만들어져 스위칭 속도가 빠릅니다.따라서 빠르고 효율적인 전환이 필요한 전원 공급 장치 및 컨버터와 같은 응용 프로그램에 적합합니다.

능률

효율은 전압과 전류 레벨에 따라 IGBT와 MOSFET간에 다양합니다.IGBT는 고전압 및 전류에서 전도 손실이 낮아서 고출력 응용 분야에서 더 효율적입니다.그러나 MOSFET은 저항성이 낮고 빠른 스위칭 기능으로 인해 저전압 및 전류에서 더 효율적입니다.

응용 프로그램

그림 7 : MOSFET 기본 구조 대.IGBT 기본 구조

이 장치의 사용은 그들의 강점을 반영합니다.IGBT는 고전압 및 전류를 처리하는 능력으로 인해 모터 드라이브, 전력 인버터 및 유도 난방 시스템과 같은 고출력 상황에서 일반적으로 사용됩니다.MOSFET은 전자 스위칭 회로 및 전압 조정기와 같은 낮은 전력 레벨에서 빠른 전환 및 효율을 우선시하는 응용 분야에 더 좋습니다.

게이트 드라이브 요구 사항

마지막으로 게이트 드라이브 요구 사항은 IGBT와 MOSFET간에 다릅니다.IGBT는 게이트에 기준으로 게이트에 양의 전압이 필요하며 게이트 전압을 줄여 꺼집니다.그러나 MOSFETS는 켜고 끄기 위해 소스에 비해 게이트에 양의 전압이 필요하므로 게이트 드라이브를보다 간단하고 간단하게 만듭니다.

결론

Si IGBT와 SIC MOSFET은 서로 다른 고전력 응용 프로그램에 적합한 독특한 강점을 가지고 있습니다.SI IGBT는 큰 전류와 고전압을 처리하는 데 능숙하며 생산하기가 더 저렴하므로 산업용 모터 및 전력망과 같은 전통적인 용도에 신뢰할 수 있습니다.그러나 과열 및 전환 속도가 느려질 수 있으며, 이는 고속 또는 매우 뜨거운 환경에서 문제가 될 수 있습니다.

반면에, Sic MOSFET은 열을 더 잘 처리하고, 더 빠르게 전환하며, 더 효율적이므로 전기 자동차 및 고성능 산업 시스템과 같은 현대적인 용도가 가장 좋아합니다.처음에는 더 많은 비용이 들고 더 복잡한 드라이브 회로가 필요하지만 SIC 기술의 지속적인 개선으로 인해 이러한 문제가 줄어들어 더 넓게 사용됩니다.

SI IGBT와 SIC MOSFET 사이의 선택은 전압 및 전류 레벨, 스위칭 속도 및 열 관리와 같은 응용 프로그램의 특정 요구에 따라 다릅니다.엔지니어는 각 장치의 강점을 사용하여 더 나은 전력 전자 시스템을 설계하고 구축하여 다양한 기술 분야의 개선 및 효율성을 높일 수 있습니다.

자주 묻는 질문 [FAQ]

1. 어느 것이 더 나은 IGBT 또는 MOSFET입니까?

IGBT와 MOSFET 사이의 선택은 필요한 것에 달려 있습니다.MOSFET은 일반적으로 빠른 스위칭 속도와 우수한 열 관리가 필요한 저전소 전력 작업에 더 좋습니다.전원 공급 장치 및 모터 컨트롤러와 같은 것들에 좋습니다.반면에 IGBT는 더 큰 전류와 더 높은 전압을 처리 할 수 ​​있기 때문에 고출력 작업에 더 좋습니다. 산업용 모터 및 전력 인버터에 이상적입니다.

2. IGBT가 MOSFET을 대체 할 수 있습니까?

때로는 IGBT가 MOSFET을 대체 할 수 있습니다. 특히 큰 전류와 전압을 처리하는 고출력 작업에서 매우 필요합니다.그러나 IGBTS 스위치가 느려지고 열을 다르게 처리하기 때문에 MOSFET이 더 나은 스위칭이 매우 빠른 작업과 저전력 손실이 필요한 작업에는 좋지 않을 수 있습니다.

3. IGBT 또는 MOSFET이 있는지 어떻게 알 수 있습니까?

IGBT 또는 MOSFET이 있는지 확인하려면 제작자의 부품 번호와 세부 정보를 확인하십시오.데이터 시트는 장치가 IGBT인지 MOSFET인지 알려줍니다.비슷하게 보일 수 있으므로 구성 요소의 문서 나 표시를 확인해야합니다.

4. 가장 빠른 스위칭 장치 IGBT 또는 MOSFET은 무엇입니까?

MOSFET은 일반적으로 IGBT에 비해 가장 빠른 스위칭 장치입니다.그들은 훨씬 빠른 속도로 전환 할 수 있으므로 전원 공급 장치 및 고주파 인버터와 같이 빠른 스위칭이 필요한 작업에 적합합니다.

5. IGBT 또는 MOSFET이 있는지 어떻게 알 수 있습니까?

구성 요소의 표시를보고 데이터 시트 또는 메이커 세부 정보와 비교하여 IGBT 또는 MOSFET이 있는지 확인할 수 있습니다.이 문서는 IGBT인지 MOSFET인지를 포함하여 반도체 장치의 유형에 대한 자세한 정보를 제공합니다.