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Unter Wechselrichter-Anwendungendie Wechselrichter IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) und MOSFET-Wechselrichter sind zwei entscheidende Komponenten für die Umwandlung der Wechselrichterstrom von der Gleichstromquelle in eine Wechselstromquelle umgewandelt, so dass alle Geräte, die die Produktivität steigern können, auf sichere, umweltfreundliche und nachhaltige Weise mit Strom versorgt werden können.
Bekannt als die wählbare Option eines InvertertransistorDie Entwicklung von IGBT- und MOSFET-Wechselrichtern hat erheblich zugenommen, um den heutigen Anforderungen an Modernität und Sicherheit gerecht zu werden, da ihre Aufgabe darin besteht, die Leistung präzise umzuwandeln und zu steuern.
Dieser Artikel befasst sich mit der Rolle von IGBT- und MOSFET-Wechselrichtern, den Vor- und Nachteilen und den jeweiligen Eigenschaften.
IGBT vs. MOSFET Wechselrichter: Definition
Was ist ein IGBT-Wechselrichter?
Der Insulated-Gate Bipolar Transistor ist ein Transistortyp, der zur Umwandlung einer Gleichstromquelle in Wechselstrom für Hochleistungs- und Hochspannungssysteme verwendet wird.
Was ist ein MOSFET-Wechselrichter?
Ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor ist einer der Transistoren, die in einer elektronischen Schaltung zum Schalten mit hoher Geschwindigkeit in einem Nieder- bis Mittelspannungssystem verwendet werden.
IGBT vs. MOSFET Wechselrichter: Wie sie funktionieren
Im Grunde genommen sind die Funktionsprinzipien von IGBT und MOSFET ähnlich. IGBT und MOSFET sind spannungsgesteuerte Geräte mit Schaltfunktion, aber die internen Mechanismen unterscheiden sich.
Wenn die Spannung an den Gate-Anschluss eines IGBT angelegt wird, schaltet er sich ein und aus. Der IGBT schaltet sich ein, wenn eine positive Spannung an den Gate-Anschluss angelegt wird. Durch diesen Schaltvorgang kann der Strom vom Kollektor zum Emitter fließen. Wird die Spannung vom Gate entfernt, schaltet sich der IGBT aus, und der Stromfluss wird blockiert.
Wenn bei MOSFETs eine positive Spannung (bei einem n-Kanal-MOSFET) an das Gate angelegt wird, entsteht ein elektrisches Feld, das einen Stromfluss von der Source zum Drain ermöglicht. In diesem Fall ist der Schalter eingeschaltet. Wenn keine oder eine negative Spannung an das Gate angelegt wird, schaltet sich der MOSFET-Inverter aus.
Aspekte, die bei der Auswahl eines Stromrichters zu berücksichtigen sind
Unter diesem Aspekt werden die Vor- und Nachteile von IGBT und MOSFET erläutert.
Belastbarkeit
Die erste Überlegung, die man anstellen muss, wenn man sich für IGBT oder MOSFET als Funktion in einem Inverterschaltung ist ihre Belastbarkeit. Dies bezieht sich auf die Spannung und den Strom, die ein Bauteil verarbeiten kann, ohne Schaden zu nehmen. Dies kann Auswirkungen auf die Wechselrichterleistung.
- IGBTs eignen sich hervorragend für Hochspannungs- und Hochstromanwendungen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, größere Leistungen zu verarbeiten, eignen sie sich für Hochleistungssysteme wie industrielle Motorantriebe, Hochspannungsübertragungen oder sogar Stromnetze.
- MOSFET-Wechselrichter eignen sich besser für Systeme mit geringer bis mittlerer Leistung und können hohe Spannungen über 400 V in der Regel nicht so gut verarbeiten wie IGBTs.
Schalthäufigkeit
Zweitens ist der wichtigste Aspekt, der zu berücksichtigen ist, die Schaltgeschwindigkeit. Damit ist gemeint, wie schnell sich der Transistor während des Betriebs ein- und ausschaltet.
- IGBTs sind relativ langsam beim Schalten. Aus diesem Grund sind sie für Hochfrequenzanwendungen weniger geeignet. Die Schaltgeschwindigkeit ist entscheidend bei Anwendungen wie Hochfrequenz-Wechselrichter oder RF-Schaltungen.
- MOSFET-Wechselrichter sind für ihre Überlegenheit bei schnellen Schaltvorgängen bekannt und eignen sich daher am besten für Hochfrequenz-Schaltsysteme. Dies gilt für Niederspannungsanwendungen, die ein schnelles Schalten erfordern, wie z. B. DC-DC-Wandler oder Hochgeschwindigkeits-Leistungselektronik.
Wirkungsgrad
Der nächste Punkt ist der Wirkungsgrad. Dieser bezieht sich darauf, wie effektiv ein Stromrichter den Energieverlust während des Stromumwandlungsprozesses minimiert. Aufgrund dieses wichtigen Aspekts stellt der Hersteller Joeyoung Inverter viele Wechselrichter her, die auf den jeweiligen Markt des Kunden zugeschnitten sind. Mit einem Wirkungsgrad von 99% hat das Gerät sicherlich eine minimale Energieverschwendung und ist dennoch kostengünstig.
Zuverlässigkeit und Langlebigkeit
Jeder wünscht sich ein hochwertiges Gerät, das über einen langen Zeitraum genutzt werden kann. Die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Bauteils sorgen dafür, dass es ohne Ausfall normal funktionieren kann.
- Da IGBTs für Anwendungen mit hoher Leistung ausgelegt und geeignet sind, erfordern sie eine angemessene Wärmeableitung und Schutz vor Überspannung oder Überstrom. Ein gut gewartetes System kann eine lange Lebensdauer haben.
- MOSFET-Wechselrichter sind bei niedrigem Stromverbrauch zuverlässig, aber anfällig für Schäden durch hohe Spannungen oder unsachgemäßes Management.
Thermische Leistung und Kühlung
Da bei der Leistungsumwandlung Wärme entsteht, sind die thermische Leistung und das Kühlsystem von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung der Fähigkeit einer Komponente, Wärme effektiv abzuleiten.
- IGBTs, die hohe Ströme und Spannungen verarbeiten können, neigen dazu, während der Schaltverluste mehr Wärme zu erzeugen.
- MOSFETs erfordern auch ein gutes Kühlsystem. MOSFET-Wechselrichter erzeugen jedoch weniger Wärme.
Eignung der Anwendung
Ein weiterer wichtiger Aspekt, der berücksichtigt werden muss, ist die Anwendungstauglichkeit. Verschiedene Systeme erfordern unterschiedliche Transistoreigenschaften.
- Wie bereits erwähnt, eignen sich IGBTs hervorragend für Systeme mit hoher Leistung und moderaten Schaltfrequenzen.
- MOSFETs eignen sich besser für den Betrieb in kleinen bis mittleren Systemen.
Beide Vorgänge finden sich in einem Solarwechselrichter oder einem DC-DC-Wandler wieder.
Kosten und Marktverfügbarkeit
Der letzte Punkt, der zu berücksichtigen ist, sich aber auf das Gesamtbudget des Projekts auswirken kann, sind die Kosten. Die Marktverfügbarkeit bestimmt, wie einfach es ist, das Bauteil zu beschaffen.
- IGBTs sind in der Regel teurer als MOSFET-Wechselrichter. Die Kosten sind durch die hohe Leistung und den hohen Stromverbrauch, den sie bewältigen können, gerechtfertigt. Für große Systeme, die einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer erfordern, sind IGBTs die höheren Anschaffungskosten wert.
- MOSFET-Wechselrichter sind aufgrund der geringen bis mittleren Leistung in der Regel kostengünstiger als IGBTs.
IGBT vs. MOSFET-Wechselrichter: Zusammenfassung der Vor- und Nachteile
| Merkmal | IGBT | MOSFET |
|---|---|---|
| Umschalten | Langsamer als MOSFET, nicht für Hochfrequenzanwendungen geeignet. | Schneller Schalter, geeignet für Hochfrequenzanwendungen. |
| Handhabung der Spannung | Hochspannung (bis zu mehreren kV). | Niedrige Mittelspannung (typischerweise bis zu 250 V). |
| Aktuelle Handhabung | Hohe Ströme (bis zu Hunderten von Ampere). | Niedriger als bei IGBTs. |
| Leistungsverlust | Höhere Leitungsverluste im Vergleich zu MOSFETs. | Geringere Leitungsverluste. |
| Wirkungsgrad | Weniger effizient bei hoher Schaltfrequenz. | Hoher Wirkungsgrad bei hohen Schaltfrequenzen. |
| Anwendungen | Einsatz in Hochleistungs- und Hochspannungsanwendungen. | Verwendung in Stromkreisen mit niedriger bis mittlerer Leistung und hoher Frequenz. |
| Kosten | Teurer | Billiger |
| Größe | Größere Abmessungen für Anwendungen mit hoher Leistung | Kleiner und kompakter |
Schlussfolgerung
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Häufig gestellte Fragen
MOSFET-Wechselrichter sind besser geeignet, wenn die Anwendung hohe Schaltfrequenzen bei niedriger bis mittlerer Last erfordert.
Die Lebensdauer eines MOSFETs hängt von der Qualität, der Verwendung und dem Wärmemanagement ab. Bei einem guten Design und angemessener Kühlung können sie mehrere Jahre halten.
MOSFET-Wechselrichter sind durch ihre Spannungs- und Stromverarbeitungsfähigkeiten begrenzt. Sie sind nicht ideal für sehr hohe Spannungen oder Anwendungen im industriellen Maßstab.
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