Transistores são pequenos dispositivos semicondutores que aumentam ou trocam os sinais elétricos e a energia elétrica. Os transistores são os blocos básicos de construção de um circuito elétrico na eletrônica moderna. IGBT e MOSFET são dois tipos de transistores com três terminais usados em dispositivos diferentes com várias tensões. Vamos dar uma olhada no que são esses transistores e quais diferenças eles têm.
IGBT vs MOSFET
A diferença entre IGBT e MOSFET é que os terminais do IGBT são emissor, coletor e porta, enquanto o MOSFET é composto de terminais fonte, dreno e porta. O MOSFET pode conter um terminal corporal por vez. Embora, ambos os dispositivos sejam controlados por voltagem.
IGBT é um dispositivo de comutação semicondutor de três terminais usado em vários dispositivos para amplificar ou alternar entre vários sinais elétricos. Seus terminais são coletor, emissor e porta. O “coletor” e “emissor” são terminais de saída e o “portão” é o terminal de entrada. É um dispositivo de comutação semicondutor ideal, pois é um cruzamento entre o transistor de junção bipolar (BJT) e o MOSFET.
O MOSFET é um dispositivo semicondutor de quatro terminais controlado por tensão usado para ampliar ou alternar sinais de circuito. Os MOSFETS são, de longe, os transistores mais comumente usados. Ele pode ser feito com um semicondutor do tipo p ou do tipo n. Seus terminais são uma fonte, dreno, portão e corpo. Às vezes, o terminal do corpo é conectado ao terminal de origem, tornando-o um dispositivo de três terminais.
Tabela de comparação entre IGBT e MOSFET
| Parâmetros de comparação | IGBT | MOSFET |
| Terminais | Seus terminais são coletor, emissor e portão. | Seus terminais são a fonte, dreno, portão e corpo. |
| Carregar transportadoras | Os elétrons e as lacunas são portadores de carga. | Os elétrons são os principais condutores. |
| Junções | Possui junções PN. | Não possui junções PN. |
| Freqüências de comutação | Ele tem uma frequência de chaveamento mais baixa do que o MOSFET. | Possui uma frequência de chaveamento mais alta. |
| Descarga eletrostática | É altamente tolerante à descarga eletrostática. | A descarga eletrostática pode ser prejudicial à camada de óxido de metal. |
O que é IGBT?
O transistor bipolar de porta isolada ou IGBT é um transistor que é um cruzamento entre o BJT e o MOSFET. Ele tem as propriedades de comutação e condução de saída de um BJT, mas é controlado por tensão como o MOSFET. Como é controlado por voltagem, ele requer apenas uma pequena quantidade de voltagem para manter a condução através do dispositivo.
O IGBT combina a baixa tensão de saturação do dispositivo semicondutor chamado transistor e também a alta impedância e velocidade de chaveamento de um MOSFET. O dispositivo tem a capacidade de lidar com grandes correntes de coletor-emissor com acionamento de corrente de porta zero. Entre seus três terminais, os terminais coletor e emissor estão associados ao caminho de condutância, e o terminal da porta está vinculado ao controle do dispositivo.
O IGBT é ideal para aplicações em situações de alta tensão e alta corrente. É utilizado para comutação rápida com alta eficiência em diversos dispositivos eletrônicos. Os IGBTs são usados em vários dispositivos, como motores CA e CC, fontes de alimentação comutadas (SMPS), inversores, fonte de alimentação não regulamentada (UPS), controle de motor de tração e aquecimento por indução e muitos mais.
A vantagem de usar um IGBT é que ele oferece operação com tensão mais alta, perdas de entrada menores e maior ganho de potência. Embora, ele possa alternar a corrente apenas na direção “direta”. É um dispositivo unidirecional.
O que é MOSFET?
O MOSFET ou Transistor de Efeito de Campo Semicondutor de Óxido de Metal é um dispositivo semicondutor usado para ampliar ou para a comutação de sinais eletrônicos. É um dispositivo de 4 terminais com a fonte, dreno, portão e corpo como seus terminais. Em alguns casos, o corpo e os terminais da fonte são conectados, diminuindo a contagem do terminal para 3.
Os condutores de carga (elétrons ou lacunas), entram no MOSFET através do terminal de origem no canal e saem através do terminal de drenagem. A largura do canal é controlada pelo terminal do portão. O portão está localizado entre a fonte e o terminal de drenagem e é isolado do canal por meio de uma fina camada de óxido de metal. É também conhecido como Transistor de efeito de campo de porta isolada ou IGFET, devido ao terminal da porta estar isolado.
Um MOSFET é altamente eficiente, mesmo ao trabalhar em baixas tensões. Ele tem uma alta velocidade de comutação e praticamente não tem presença de corrente de porta. É usado em circuitos analógicos e digitais, sensores MOS, calculadoras, amplificadores e sistemas de telecomunicações digitais.
No entanto, os MOSFETs não podem funcionar de forma eficiente em níveis de alta tensão, pois cria instabilidade no dispositivo e, uma vez que possui uma camada de óxido de metal, sempre corre o risco de danos por meio de alterações eletrostáticas.
Principais diferenças entre IGBT e MOSFET
O IGBT e o MOSFET são ambos controlados por voltagem, mas uma diferença principal perceptível é que o IGBT é um dispositivo de 3 terminais e o MOSFET é um dispositivo de 4 terminais. Embora sejam muito semelhantes, ambos têm algumas diferenças entre os dois transistores.
Conclusão
IGBTs e MOSFETs estão substituindo rapidamente os tipos mais antigos de transistores e outros dispositivos mecânicos usados em circuitos elétricos. Sua alta eficiência e alta frequência de chaveamento são rápidas, tornando-os uma parte indispensável do circuito. Uma vez que ambos são controlados por tensão, a escolha entre eles costuma ser difícil.
Mesmo que um IGBT seja um cruzamento entre um MOSFET e um BJT, não é a melhor resposta em todas as situações. Os MOSFETs também foram amplamente aprimorados ao longo dos anos e mostraram ser um dispositivo mais dinâmico. No entanto, como os IGBTs funcionam com eficiência em altas tensões e os MOSFETs funcionam incrivelmente bem em baixas tensões, a escolha geralmente depende de qual saída é exigida do dispositivo.
Referências
- http://not2fast.com/electronics/theory_docs/choosewisely.pdf
- https://ghioni.faculty.polimi.it/pel/readmat/gate-drive.pdf
