تفاوت IGBT و ماسفت در اینورتر جوشکاری (دستگاه جوش)

دستگاه‌ جوشکاری نقش مهمی را در صنایع مختلف ایفا می‌کند. دو نوع ترانزیستور اصلی در دستگاه‌های جوشکاری وجود دارد. ترانزیستور IGBT و ترانزیستور ماسفت. انتخاب بین دو این ترانزیستور می‌تواند تأثیر قابل توجهی روی عملکرد جوش و دستگاه شما داشته باشد. هر دو نوع این ترانزیستور، به عنوان اجزای الکترونیکی قدرتمند در دستگاه جوشکاری عمل می‌کنند، علی رغم شباهت ها، هر کدام از آن‌ها ویژگی‌های متمایزی دارند که روی کارایی و عملکرد دستگاه تأثیر می‌گذارد. اگر قصد خرید دستگاه جوشکاری دارید اما نمی‌دانید کدام ترانزیستور مناسب شماست، در این مقاله همراه ابزار جوش و برش وینر باشید تا به تفضیل تفاوت IGBT و ماسفت را بررسی کنیم.

معرفی اجمالی انواع ترانزیستورها در دستگاه جوشکاری

به صورت کلی سه نوع ترانزیستور عمده وجود دارد: ترانزیستور دو قطبی، MOSFET و IGBT. جدول زیر عملکرد و مشخصات این ترانزیستورها را مقایسه می‌کند. ترانزیستورهای دو قطبی به دلیل نیاز به مدارهای محرک و محافظ و سرعت پایین سوئیچینگ، امروزه به سختی برای برق قدرت و برنامه‌های سوئیچینگ استفاده می‌شود. در عوض، از MOSFET و IGBT با توجه به خصوصیات مورد نیاز آن‌ها به طور انتخابی در پروژه‌ها استفاده می‌شود. در شکل زیر، مشخصات ولتاژ حالت یک 30-A IGBT و 31-A فوق اتصال ماسفت (SJMOS) را نشان می‌دهد.

در تفاوت IGBT و ماسفت باید گفت که در منطقه کم جریان، MOSFET ولتاژ حالت کمتری نسبت به IGBT از خود نشان می‌دهد. با این حال، در منطقه با جریان بالا، IGBT ولتاژ حالت کمتری نسبت به MOSFET نشان می‌دهد، به ویژه در دمای بالا این امر مشهود است. IGBT ها معمولاً در فرکانس سوئیچینگ کمتر از 20 کیلوهرتز مورد استفاده قرار می‌گیرند زیرا افت سوئیچینگ بالاتری نسبت به ماسفت‌های تک قطبی دارند.

ترانزیستورهای دو قطبی تنها ترانزیستورهای دارای قدرت واقعی بودند که تا زمان ورود ماسفت‌های بسیار کارآمد در اوایل دهه 1970 مورد استفاده قرار می‌گرفتند. BJT ها از زمان تأسیس در اواخر سال 1947 پیشرفت‌های حیاتی عملکرد الکتریکی خود را پشت سر گذاشته اند و هنوز هم به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. ترانزیستورهای دو قطبی دارای ویژگی‌های خاموش کردن نسبتاً کند هستند و آن‌ها ضریب دمایی منفی را نشان می‌دهند که ممکن است منجر به خرابی ثانویه شود. MOSFET ها، دستگاه‌هایی هستند که به جای کنترل شدن با جریان، توسط ولتاژ کنترل می‌شوند. آن‌ها ضریب دمایی مثبت برای مقاومت دارند که فرار حرارتی را متوقف می‌کند و در نتیجه خرابی ثانویه در آن‌ها رخ نمی‌دهد. بعد از این دو نوع ترانزیستور، IGBT ها در اواخر دهه 1980 به وجود آمدند. IGBT اساساً تلاقی بین ترانزیستورهای دو قطبی و MOSFET ها هستند و همچنین مانند MOSFET با ولتاژ کنترل می‌شود. برای درک بهتر، ترانزیستور ماسفت و IGBT را به صورت جداگانه بررسی خواهیم کرد.

ماسفت چیست؟

MOSFET، مخفف “metal-oxide-semiconductor field-effect transistor” یا ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی فلزی اکسید بوده و نوع خاصی از ترانزیستور اثر میدانی است که به دلیل ساختار پیچیده و امپدانس ورودی بالا، به طور گسترده ای در مدارهای مجتمع بسیار بزرگ استفاده می‌شود. این یک دستگاه نیمه هادی چهار ترمینال است که سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال را کنترل می‌کند. دروازه ماسفت (gate) بین منبع و تخلیه (drain) قرار دارد و توسط یک لایه نازک از اکسید فلز عایق بندی می‌شود که مانع از جریان یافتن بین دروازه و کانال می‌شود. این فناوری اکنون در انواع وسایل نیمه هادی برای تقویت سیگنال‌های ضعیف استفاده می‌شود.

IGBT چیست؟

IGBT، مخفف “Insulated Gate Bipolar Transistor”، یک دستگاه نیمه هادی سه ترمینال است که ترکیبی از قابلیت حمل جریان ترانزیستور دو قطبی با کنترل آسان MOSFET را دارد. آن ها یک وسیله نسبتاً جدید در برق قدرت هستند که معمولاً به عنوان سوئیچ الکترونیکی در طیف وسیعی از برنامه ها ، از برنامه های متوسط تا فوق العاده قدرت بالا مانند منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) استفاده می شوند. ساختار آن تقریباً مشابه ساختار MOSFET است به غیر از زیرلایه اضافی زیر لایه n.

مقایسه تفاوت IGBT و ماسفت در کارایی

در جدول زیر انواع مختلف ترانزیستورها با یکدیگر مقایسه شده اند.

تفاوت IGBT و ماسفت بصورت پایه ای

در مقایسه تفاوت بین ماسفت و IGBT باید گفت که IGBT مخفف ترانزیستور دو قطبی عایق بندی شده است، در حالی که ماسفت مخفف ترانزیستور اثر نیمه هادی Metal-Oxide است. اگرچه، هر دو دستگاه نیمه هادی ولتاژ کنترل شده ای هستند که در کاربردهای منبع تغذیه حالت سوئیچ (SMPS) بهترین عملکرد را دارند، IGBT ها توانایی کنترل جریان بالای ترانزیستورهای دو قطبی را با سهولت کنترل MOSFET ترکیب می‌کنند. IGBT ها دروازه بان های جریان هستند که مزایای BJT و MOSFET را برای استفاده در مدارهای تغذیه و کنترل موتور ترکیب می‌کنند. MOSFET نوع خاصی از ترانزیستور اثر میدان است که در آن ولتاژ اعمال شده رسانایی دستگاه را تعیین می‌کند.

تفاوت IGBT و ماسفت در عملکرد

IGBT اساساً یک دستگاه MOSFET است که ترانزیستور قدرت اتصال دو قطبی را با هر دو ترانزیستور یکپارچه در یک قطعه سیلیکون کنترل می‌کند، در حالی که MOSFET متداول‌ترین دروازه عایق بندی شده FET است که معمولاً توسط اکسیداسیون کنترل شده سیلیکون ساخته می‌شود. ماسفت به طور کلی با تغییر الکترونیکی عرض کانال توسط ولتاژ بر روی الکترودی به نام دروازه که بین منبع و تخلیه قرار دارد، کار می‌کند و توسط یک لایه نازک اکسید سیلیکون عایق می‌شود. MOSFET می‌تواند به دو روش کار کند: حالت تخلیه و حالت تقویت.

تفاوت IGBT و ماسفت در امپدانس ورودی

تفاوت IGBT و ماسفت در امپدانس ورودی یکی دیگر از سری تفاوت‌های تفاوت IGBT و ماسفت است. IGBT دستگاهی دو قطبی با ولتاژ کنترل شده با امپدانس ورودی بالا و قابلیت کنترل جریان زیاد ترانزیستور دو قطبی است. کنترل آن‌ها در مقایسه با دستگاه‌های کنترل شده فعلی در کاربردهای با جریان زیاد آسان است. MOSFET برای کنترل جریان بار تقریباً به هیچ ورودی احتیاج ندارد که باعث مقاومت بیشتر آن‌ها در ترمینال دروازه می‌شود، این امر به لطف لایه جداسازی بین دروازه و کانال است. این لایه از اکسید سیلیکون ساخته شده است که یکی از بهترین عایق‌های مورد استفاده است. این ولتاژ اعمال شده را به استثنای جریان نشتی کوچک به طور کارآمد مسدود می‌کند.

تفاوت IGBT و ماسفت در مقاومت آن ها در برابر آسیب

MOSFET ها بیشتر در معرض تخلیه الکترواستاتیک (ESD) قرار دارند زیرا امپدانس ورودی بالای فناوری MOS در MOSFET اجازه نمی‌دهد شارژ به صورت کنترل شده‌تری از بین برود. عایق اضافی اکسید سیلیکون ظرفیت دروازه را کاهش می‌دهد که باعث می‌شود در برابر سنسورهای ولتاژ بسیار بالا آسیب ببیند و بصورت اجتناب ناپذیری به اجزای داخلی آسیب برساند. ماسفت‌ها به ESD بسیار حساس هستند. نسل سوم IGBT ویژگی‌های درایو ولتاژ MOSFET را با قابلیت مقاومت روشن پایین در ترانزیستور دو قطبی ترکیب می‌کند، بنابراین آن‌ها را در برابر اضافه بار و افزایش ولتاژ بسیار مناسب هستند.

تفاوت ماسفت و IGBT از لحاظ کاربرد

دستگاه‌های MOSFET به طور گسترده ای برای تعویض و تقویت سیگنال‌های الکترونیکی در دستگاه‌های الکترونیکی، معمولاً برای کاربردهای با صدای زیاد استفاده می‌شوند. بیشترین کاربرد MOSFET در منابع تغذیه حالت سوئیچ است، به علاوه می‌توان از آن‌ها در تقویت کننده‌های کلاس D استفاده کرد. آن‌ها متداول‌ترین ترانزیستور اثر میدانی هستند و می‌توانند در مدارهای آنالوگ و دیجیتال استفاده شوند. از طرف دیگر، IGBT در برنامه‌های با قدرت متوسط تا فوق العاده بالا مانند منبع تغذیه حالت سوئیچ، گرمایش القایی و کنترل موتور کششی استفاده می‌شود. این ترانزیستور به عنوان یک جز حیاتی در وسایل مدرن مانند اتومبیل‌های برقی، بالاست لامپ، و VFD (درایوهای فرکانس متغیر) استفاده می‌شود.

دستگاه جوش ماسفت بخریم یا دستگاه جوش IGBT؟

 به عقیده برخی از افراد IGBT ها به مدارهای کنترل پیچیده تری نسبت به MOSFET ، با اتصال دهنده های الکتریکی و غیره نیاز دارند. این می تواند تولید کنندگان را به انتخاب ماشین جوش MOSFET وادارد. تولیدکنندگان برتر شروع به استفاده از IGBT و تبلیغات وجود آن کرده اند ، به این معنی که استفاده از IGBT ها به طور قابل توجهی بهتر است . تولیدکنندگان چینی این کار را دنبال کردند و باعث شدند مردم فکر کنند از IGBT استفاده می کنند. برخی از انواع دستگاه های جوش IGBT ارزان تر از ماشین های جوشکاری ماسفت هستند.

 IGBT و MOSFET دستگاه های بسیار مشابهی هستند و تقریباً به همان شیوه عمل می کنند. MOSFET در فرکانس بالاتر بهتر است ، اما از آنجا که با جریان زیاد چندان خوب نیست ، شما معمولاً برای برابری بیشتری به IGBT نیاز دارید ، که اجرای آن می تواند گران تر باشد.

بر خلاف تصور عمومی ، تولیدکنندگان تنها بر اساس اینکه بتوانند سود آوری بهتری داشته باشند مایل به تغییر ساختار یک وسیله می شوند. این اصل همیشه خواهد بود و تنها زمانی که تغییر می کند این است که می تواند به یک اعتبار جدی آسیب برساند ، تولید کنندگان دستگاه جوشکاری عمدتا به عدم آسیب رسیدن به دستگاه اهمیت می دهند. هر چه طراحی انجام شده در دستگاه جوش بهتر باشد ، اتصالات جوش بهتری شکل می گیرد.

سخن پایانی

هنگام مقایسه بین ترانزیستورهای MOSFET و IGBT در دستگاه های جوش، چندین تفاوت کلیدی ظاهر می شود. ترانزیستور ماسفت در کاربردهایی که نیاز به سرعت سوئیچینگ سریع و کنترل دقیق دارند، عالی هستند و برای کارهایی مانند جوشکاری ورقه‌های نازک مناسب هستند. از سوی دیگر، ترانزیستور IGBT برای کارهای جوشکاری با توان بالا که نیاز به عملیات مداوم در سطوح جریان بالا دارند، مناسب‌تر هستند. در نتیجه، انتخاب بین سیستم‌های MOSFET و IGBT در دستگاه‌های جوشکاری به نیازهای خاص کاربرد جوش بستگی دارد. ماسفت کنترل دقیق و سرعت سوئیچینگ بالایی را ارائه می دهند که آنها را برای کارهای ظریف جوشکاری مناسب می کند. در مقابل، IGBT عملکرد قوی و قابلیت‌های مدیریت توان بالایی را ارائه می‌کنند که آنها را برای کاربردهای جوشکاری سنگین ایده‌آل می‌کند. به صورت کلی انتخاب دستگاه جوش دارای ترانزیستور IGBT بهتر است زیرا به شما کمک می‌کند تا علاوه بر راندمان بالا، از عملکرد فوق العاده دستگاه هم بهره ببرید. شرکت ابزار جوش و برش وینر همواره در تلاش بوده تا بهترین دستگاه جوش با تکنولوژی پیشرفته IGBT را در اختیار کاربران قرار دهد. شما میتوانید خرید انواع دستگاه جوش از خدمات پس از فروش و گارانتی 2 ساله (تعداد دفعات نامحدود ارائه خدمات) بهره ببرید. از اینکه مقاله را مطالعه کردید متشکریم.

سوالات متداول

در انتها به بررسی سوالات متداول می پردازیم:

[sp_easyaccordion id=”15767″]

منابع : toshiba – differencebetween