Diferença entre IGBT e MOSFET

Os transistores bipolares eram o único transistor de potência real usado até os MOSFETs muito eficientes surgirem no início dos anos 70. Os BJTs passaram por aprimoramentos vitais de seu desempenho elétrico desde a sua criação no final de 1947 e ainda são amplamente utilizados em circuitos eletrônicos. Os transistores bipolares têm características de desligamento relativamente lentas e exibem coeficiente de temperatura negativo que pode resultar em quebra secundária. Os MOSFETs, no entanto, são dispositivos que são controlados por tensão e não por corrente. Eles têm um coeficiente de temperatura positivo para a resistência que interrompe a fuga térmica e, como resultado, a quebra secundária não ocorre. Então, os IGBTs entraram em cena no final dos anos 80. O IGBT é basicamente um cruzamento entre os transistores bipolares e os MOSFETs e também é controlado por tensão como os MOSFETs. Este artigo destaca alguns pontos-chave comparando os dois dispositivos.

O que é um MOSFET?

MOSFET, abreviação de "Transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal", é um tipo especial de transistor de efeito de campo amplamente utilizado em circuitos integrados de escala muito grande, graças à sua estrutura sofisticada e alta impedância de entrada. É um dispositivo semicondutor de quatro terminais que controla os sinais analógicos e digitais. O portão está localizado entre a fonte e o dreno e é isolado por uma fina camada de óxido de metal que impede que a corrente flua entre o portão e o canal. A tecnologia agora é usada em todos os tipos de dispositivos semicondutores para amplificar sinais fracos.

O que é um IGBT?

IGBT, sigla para “Transistor Bipolar de Porta Isolada”, é um dispositivo semicondutor de três terminais que combina a capacidade de transporte de corrente de um transistor bipolar com a facilidade de controle do MOSFET. Eles são um dispositivo relativamente novo em eletrônicos de potência normalmente usado como um comutador eletrônico em uma ampla gama de aplicações, de aplicações de média a ultra alta potência, como fontes de alimentação comutadas (SMPS). Sua estrutura é quase idêntica à de um MOSFET, exceto o adicional de um substrato p abaixo do substrato n.

Diferença entre IGBT e MOSFET

1. Básico de IGBT e MOSFET

IGBT significa Transistor bipolar de porta isolada, enquanto MOSFET é a abreviação de Transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico. Embora ambos sejam dispositivos semicondutores controlados por tensão que funcionam melhor em aplicações de fonte de alimentação comutada (SMPS), os IGBTs combinam a capacidade de manipulação de alta corrente dos transistores bipolares com a facilidade de controle dos MOSFETs. Os IGBTs são porteiros de corrente que combinam as vantagens de um BJT e MOSFET para uso em circuitos de fonte de alimentação e controle de motor. MOSFET é um tipo especial de transistor de efeito de campo no qual a tensão aplicada determina a condutividade de um dispositivo.

2. Princípio de funcionamento de IGBT e MOSFET

Um IGBT é essencialmente um dispositivo MOSFET que controla um transistor de potência de junção bipolar com ambos os transistores integrados em uma única peça de silício, enquanto o MOSFET é o FET de porta isolada mais comum, mais comumente fabricado pela oxidação controlada do silício. O MOSFET geralmente funciona variando eletronicamente a largura do canal pela tensão em um eletrodo chamado porta que está localizado entre a fonte e o dreno e é isolado por uma fina camada de óxido de silício. Um MOSFET pode funcionar de duas maneiras: modo de esgotamento e modo de aprimoramento.

3. Impedância de entrada de IGBT e MOSFET

Um IGBT é um dispositivo bipolar controlado por tensão com alta impedância de entrada e grande capacidade de manipulação de corrente de um transistor bipolar. Eles podem ser fáceis de controlar em comparação com os dispositivos controlados por corrente em aplicações de alta corrente. Os MOSFETs quase não requerem corrente de entrada para controlar a corrente de carga, o que os torna mais resistivos no terminal do portão, graças à camada de isolamento entre o portão e o canal. A camada é feita de óxido de silício, que é um dos melhores isoladores usados. Bloqueia eficientemente a tensão aplicada, com exceção de uma pequena corrente de fuga.

4. Resistência a danos

Os MOSFETs são mais suscetíveis à descarga eletrostática (ESD), pois a alta impedância de entrada da tecnologia MOS em um MOSFET não permitirá que a carga se dissipe de maneira mais controlada. O isolador adicional de óxido de silício reduz a capacitância do portão, o que o torna vulnerável contra picos de tensão muito altos, danificando inevitavelmente os componentes internos. MOSFETs são muito sensíveis a ESDs. Os IGBTs de terceira geração combinam as características do inversor de tensão de um MOSFET com a baixa capacidade de resistência de um transistor bipolar, tornando-os extremamente tolerantes a sobrecargas e picos de tensão.

5. Aplicações de IGBT e MOSFET

Os dispositivos MOSFET são amplamente utilizados para comutação e amplificação de sinais eletrônicos em dispositivos eletrônicos, normalmente para aplicações de alto ruído. A maioria das aplicações de um MOSFET é em fontes de alimentação comutadas, além de poderem ser usadas em amplificadores de classe D. Eles são o transistor de efeito de campo mais comum e podem ser usados ​​em circuitos analógicos e digitais. Os IGBTs, por outro lado, são usados ​​em aplicações de média a ultra alta potência, como fonte de alimentação comutada, aquecimento por indução e controle do motor de tração. É usado como um componente vital em aparelhos modernos, como carros elétricos, reatores de lâmpadas e VFDs (inversores de frequência variável).

IGBT vs. MOSFET: Gráfico de comparação

Resumo de IGBT vs. MOSFET

Embora o IGBT e o MOSFET sejam dispositivos semicondutores controlados por tensão usados ​​principalmente para amplificar sinais fracos, os IGBTs combinam a baixa capacidade de resistência de um transistor bipolar com as características de um MOSFET de acionamento de tensão. Com a proliferação de opções entre os dois dispositivos, está se tornando cada vez mais difícil escolher o melhor dispositivo com base apenas em seus aplicativos. O MOSFET é um dispositivo semicondutor de quatro terminais, enquanto o IGBT é um dispositivo de três terminais que é um cruzamento entre o transistor bipolar e um MOSFET que os torna extremamente tolerantes a descargas eletrostáticas e sobrecargas.