Différence entre IGBT et MOSFET

Les transistors bipolaires étaient le seul véritable transistor de puissance utilisé jusqu'à l'apparition des très efficaces MOSFET au début des années 1970. Les BJT ont subi des améliorations essentielles de leurs performances électriques depuis leur création à la fin de 1947 et sont encore largement utilisés dans les circuits électroniques. Les transistors bipolaires ont des caractéristiques d’arrêt relativement lentes et présentent un coefficient de température négatif pouvant entraîner une panne secondaire. Les MOSFET, cependant, sont des dispositifs qui sont contrôlés par la tension plutôt que par le courant. Ils ont un coefficient de température positif pour la résistance qui arrête l'emballement thermique et, par conséquent, une panne secondaire ne se produit pas. Les IGBT sont ensuite apparus à la fin des années 1980. L'IGBT est fondamentalement un croisement entre les transistors bipolaires et les MOSFET et est également contrôlé en tension comme les MOSFET. Cet article met en évidence quelques points clés comparant les deux appareils..

Qu'est-ce qu'un MOSFET??

MOSFET, abréviation de «transistor à effet de champ à oxyde métallique semi-conducteur», est un type spécial de transistor à effet de champ largement utilisé dans les circuits intégrés à très grande échelle, grâce à sa structure sophistiquée et à sa haute impédance d'entrée. C'est un dispositif semi-conducteur à quatre bornes qui contrôle les signaux analogiques et numériques. La porte est située entre la source et le drain et est isolée par une fine couche d’oxyde métallique qui empêche le courant de circuler entre la porte et le canal. La technologie est maintenant utilisée dans toutes sortes de dispositifs à semi-conducteurs pour amplifier des signaux faibles.

Qu'est-ce qu'un IGBT??

IGBT, qui signifie «Insulated Gate Bipolar Transistor» (transistor bipolaire à grille isolée), est un dispositif semi-conducteur à trois bornes qui combine la capacité de transport de courant d'un transistor bipolaire avec la facilité de contrôle de celle d'un MOSFET. Il s’agit d’un dispositif relativement nouveau dans le domaine de l’électronique de puissance, généralement utilisé comme commutateur électronique dans une vaste gamme d’applications, allant des applications de moyenne à très haute puissance, telles que les alimentations à découpage (SMPS). Sa structure est presque identique à celle d'un MOSFET, à l'exception de l'addition d'un substrat p sous le n substrat.

Différence entre IGBT et MOSFET

1. Base de l'IGBT et du MOSFET

IGBT est synonyme de transistor bipolaire à porte isolée, alors que MOSFET est l'abréviation de transistor à effet de champ métal-oxyde semi-conducteur. Bien que les deux soient des dispositifs à semi-conducteurs commandés en tension qui fonctionnent le mieux dans les applications d’alimentation en mode commutation (SMPS), les IGBT associent la capacité de traitement à courant élevé des transistors bipolaires à la facilité de contrôle des MOSFET. Les IGBT sont des portiers de courant qui combinent les avantages d'un BJT et d'un MOSFET pour une utilisation dans les circuits d'alimentation et de contrôle de moteur. MOSFET est un type spécial de transistor à effet de champ dans lequel la tension appliquée détermine la conductivité d'un dispositif.

2. Principe de fonctionnement de l'IGBT et du MOSFET

Un IGBT est essentiellement un dispositif MOSFET qui commande un transistor de puissance à jonction bipolaire avec les deux transistors intégrés sur une seule pièce de silicium, tandis que MOSFET est le FET à grille isolée le plus courant, le plus souvent fabriqué par oxydation contrôlée du silicium. MOSFET fonctionne généralement en faisant varier électroniquement la largeur du canal par la tension sur une électrode appelée la grille qui est située entre la source et le drain et est isolée par une couche mince d'oxyde de silicium. Un MOSFET peut fonctionner de deux manières: en mode épuisement et en mode amélioration.

3. Impédance d'entrée de l'IGBT et du MOSFET

Un IGBT est un dispositif bipolaire commandé en tension avec une impédance d'entrée élevée et une capacité de gestion du courant importante d'un transistor bipolaire. Ils peuvent être faciles à contrôler par rapport aux dispositifs contrôlés par le courant dans les applications à courant élevé. Les MOSFET ne nécessitent presque aucun courant d'entrée pour contrôler le courant de charge, ce qui les rend plus résistifs au niveau du terminal de grille, grâce à la couche d'isolation entre la grille et le canal. La couche est en oxyde de silicium, l’un des meilleurs isolants utilisés. Il bloque efficacement la tension appliquée à l'exception d'un faible courant de fuite.

4. Résistance aux dégâts

Les MOSFET sont plus susceptibles aux décharges électrostatiques (ESD) car une impédance d'entrée élevée de la technologie MOS dans un MOSFET ne permet pas à la charge de se dissiper de manière plus contrôlée. L'isolant supplémentaire en oxyde de silicium réduit la capacité de la grille, ce qui la rend vulnérable contre les pointes de très haute tension qui endommagent inévitablement les composants internes. Les MOSFET sont très sensibles aux décharges électrostatiques. Les IGBT de troisième génération combinent les caractéristiques de commande de tension d'un MOSFET avec la faible résistance à la marche d'un transistor bipolaire, les rendant ainsi extrêmement tolérants aux surcharges et aux pointes de tension.

5. Applications d'IGBT et de MOSFET

Les dispositifs MOSFET sont largement utilisés pour commuter et amplifier des signaux électroniques dans des dispositifs électroniques, généralement pour des applications à bruit élevé. La plupart des applications d’un MOSFET sont les alimentations à découpage, elles peuvent également être utilisées dans des amplificateurs de classe D. Ils sont les transistors à effet de champ les plus courants et peuvent être utilisés dans les circuits analogiques et numériques. Les IGBT, quant à eux, sont utilisés dans des applications de moyenne à ultra haute puissance telles que l'alimentation à découpage, le chauffage par induction et la commande de moteur de traction. Il est utilisé comme composant essentiel dans les appareils modernes tels que les voitures électriques, les ballasts de lampes et les entraînements à fréquence variable (EFV)..

IGBT vs MOSFET: Tableau comparatif

Résumé de IGBT Vs. MOSFET

Bien que les transistors IGBT et MOSFET soient des dispositifs à semi-conducteurs commandés en tension principalement utilisés pour amplifier des signaux faibles, les transistors IGBT associent la faible résistance résiduelle d'un transistor bipolaire aux caractéristiques d'attaque en tension d'un transistor MOSFET. Avec la multiplication des choix entre les deux appareils, il devient de plus en plus difficile de choisir le meilleur appareil en fonction de leurs applications. Le MOSFET est un dispositif semi-conducteur à quatre bornes, tandis que l’IGBT est un dispositif à trois bornes, un croisement entre le transistor bipolaire et un MOSFET, ce qui les rend extrêmement tolérants aux décharges électrostatiques et aux surcharges..