Giải đáp: Sự khác nhau giữa IGBT và MOSFET

IGBT và MOSFET là hai loại transistor công suất được sử dụng trong các mạch điện tử. Mặc dù có chức năng tương tự nhau, chúng lại có những điểm khác biệt rõ rệt về cấu tạo, hiệu suất và ứng dụng. Vậy sự khác biệt giữa IGBT và MOSFET là gì? Hãy tham khảo bài viết dưới của Huyndai Việt Thanh

Khái quát về IGBT và MOSFET

IGBT và MOSFET là hai loại transistor để thực hiện chuyển mạch và điều khiển dòng điện.Cả hai đều thuộc nhóm linh kiện bán dẫn hiện đại và đều có khả năng đóng ngắt nhanh. Nhưng về bản chất cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chúng có nhiều điểm khác biệt rõ rệt.

MOSFET là gì?

MOSFET (viết tắt của Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Đây là một loại transistor hiệu ứng trường được điều khiển bằng điện áp. MOSFET sử dụng một lớp oxit kim loại làm lớp cách điện giữa cực cổng (gate) và kênh dẫn (channel).

Khi một điện áp được đặt vào cực cổng, điện trường sẽ làm thay đổi độ dẫn điện của kênh giữa cực nguồn (source) và cực thoát (drain). Từ đó cho phép dòng điện chạy qua hoặc bị chặn lại.

MOSFET có ưu điểm lớn ở khả năng chuyển mạch rất nhanh, tổn hao thấp ở tần số cao và điện trở dẫn thấp (R_DS(on)). Vì đặc điểm này, MOSFET đặc biệt phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tần số chuyển mạch cao, chẳng hạn như:

• Bộ nguồn chuyển mạch
• Bộ biến đổi DC-DC
• Bộ điều khiển đèn LED
• Thiết bị điện tử dân dụng, máy tính, điện thoại

Tuy nhiên, khả năng chịu điện áp và dòng điện lớn của MOSFET bị giới hạn so với IGBT. Khi làm việc ở điện áp cao (>400V), hiệu suất và độ tin cậy của MOSFET giảm rõ rệt.

IGBT là gì?

IGBT (viết tắt của Insulated Gate Bipolar Transistor). Đây là một linh kiện bán dẫn công suất kết hợp giữa đặc điểm điều khiển bằng điện áp của MOSFET và khả năng chịu dòng lớn của BJT.

Về cấu trúc, IGBT có lớp cổng cách ly giống như MOSFET. Nhưng dòng điện qua nó chủ yếu được dẫn bởi các hạt mang điện lưỡng cực. Nhờ đó, IGBT có thể xử lý các mức điện áp và dòng điện rất lớn.

IGBT hoạt động ổn định trong dải điện áp từ vài trăm đến vài nghìn volt. Chúng thường được sử dụng trong:

• Biến tần công nghiệp
• Bộ điều khiển động cơ AC/DC công suất lớn
• Hệ thống UPS, hệ thống năng lượng mặt trời
• Ứng dụng truyền tải điện HVDC

So sánh IGBT và MOSFET theo các tiêu chí

Khả năng chịu điện áp và dòng điện

• MOSFET thường có giới hạn điện áp khoảng 100–600V. Một số loại đặc biệt có thể lên đến 1000V. Dòng điện dẫn thường nằm ở mức trung bình.
• IGBT được thiết kế để chịu điện áp rất cao, từ vài trăm volt đến hàng nghìn volt. Dòng dẫn lớn hơn đáng kể so với MOSFET cùng kích thước.

Tốc độ chuyển mạch và tần số hoạt động

• MOSFET có tốc độ đóng/ngắt rất cao. Phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tần số hoạt động từ 100 kHz đến vài MHz.
• IGBT có tốc độ chuyển mạch chậm hơn. Thường hoạt động hiệu quả ở tần số dưới 20 kHz. Ở tần số cao hơn, IGBT dễ bị tổn hao do hiện tượng “đuôi dòng” khi tắt.

Tổn hao công suất

• MOSFET có tổn hao thấp cả khi dẫn và khi chuyển mạch. Nhờ điện trở dẫn thấp và chuyển mạch nhanh.
• IGBT có tổn hao dẫn thấp nhờ dòng dẫn mạnh. Nhưng tổn hao chuyển mạch cao hơn, nhất là trong quá trình ngắt.

Khả năng chịu nhiệt và độ bền

• MOSFET có hệ số nhiệt độ dương, giúp dễ điều khiển khi mắc song song. Nhưng dễ quá nhiệt nếu không tản nhiệt tốt.
• IGBT có hiệu suất hoạt động tốt hơn ở điện áp cao và dòng lớn. Tuy nhiên cần kiểm soát nhiệt độ cẩn thận vì hiện tượng đuôi dòng làm tăng nhiệt độ đáng kể trong các chu kỳ ngắt.

2.6. Giá thành

• MOSFET thường rẻ hơn trong dải công suất nhỏ và trung bình.
• IGBT có giá thành cao hơn nhưng hợp lý khi xét đến khả năng xử lý công suất lớn.

Ứng dụng thực tế

Việc lựa chọn giữa IGBT và MOSFET phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật và yêu cầu cụ. Dưới đây là một số ví dụ thể hiện rõ ưu thế của mỗi loại:

Ứng dụng của IGBT

IGBT được sử dụng phổ biến trong các hệ thống công suất lớn. Một số ứng dụng tiêu biểu gồm:

• Bộ biến tần điều khiển động cơ (motor inverter): Trong công nghiệp, IGBT được dùng để điều chỉnh tốc độ và mô-men của động cơ xoay chiều. Các biến tần sử dụng IGBT có khả năng xử lý dòng lớn và vận hành ổn định.
• Hệ thống UPS công suất lớn: IGBT là lựa chọn lý tưởng trong các bộ lưu điện (UPS) công nghiệp.
• Bộ sạc xe điện (EV charger): IGBT được sử dụng trong các bộ sạc nhanh DC công suất lớn. Đây là nơi cần hiệu suất cao và độ tin cậy.
• Hệ thống năng lượng mặt trời và gió: Trong các bộ inverter nối lưới (grid-tied inverter), IGBT giúp chuyển đổi điện từ DC sang AC ở công suất lớn.

Ứng dụng của MOSFET

MOSFET thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ chuyển mạch cao, tổn hao thấp và kích thước linh kiện nhỏ gọn. Một số ứng dụng phổ biến gồm:

• Bộ nguồn máy tính (ATX PSU): Được dùng trong giai đoạn chuyển mạch của nguồn để đảm bảo hiệu suất cao, kích thước nhỏ và khả năng làm việc ở tần số cao.
• Bộ chuyển đổi DC-DC: Các mạch chuyển đổi điện áp trong thiết bị điện tử tiêu dùng  thường sử dụng MOSFET để đạt hiệu suất tốt và tản nhiệt thấp.
• Bộ sạc nhanh điện thoại hoặc laptop: MOSFET cho phép đóng ngắt nhanh, giảm thời gian sạc và tăng hiệu suất chuyển đổi trong các bộ sạc hiện đại (PD, GaN).
• Mạch điều khiển đèn LED và driver PWM: MOSFET được dùng để điều chỉnh độ sáng và bật/tắt nhanh chóng các nguồn sáng hiệu suất cao.

Chúng tôi hiện cung cấp các dòng UPS công suất lớn sử dụng công nghệ IGBT hiện đại từ các thương hiệu uy tín như Hyundai và ECOs. Đáp ứng nhu cầu bảo vệ nguồn điện cho hệ thống máy chủ, dây chuyền sản xuất và trung tâm dữ liệu

Liên hệ hotline  0964.160.888 để được hỗ trợ