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In applicazioni dell'inverter, il inverter IGBT (Transistor bipolare a porta isolata) e Inverter MOSFET sono due componenti cruciali per convertire il corrente dell'inverter dalla sorgente CC in CA, in modo da poter alimentare tutti i dispositivi che possono aumentare la produttività in modo sicuro, ecologico e sostenibile.
Conosciuta come l'opzione selezionabile di una transistor inverterLo sviluppo degli inverter IGBT e MOSFET è aumentato in modo significativo per rispondere alle esigenze della modernità e della sicurezza odierna, in quanto il loro ruolo è quello di operare con precisione per convertire e controllare la potenza.
Questo articolo approfondisce il ruolo degli inverter IGBT e MOSFET, i pro e i contro e le loro caratteristiche.
Inverter IGBT vs. MOSFET: definizione
Che cos'è un inverter IGBT?
Il transistor bipolare a porta isolata è un tipo di transistor utilizzato per convertire una sorgente di corrente continua in corrente alternata nei sistemi ad alta potenza e ad alta tensione.
Che cos'è un inverter MOSFET?
Il transistor a effetto di campo a semiconduttore metallico è uno dei transistor utilizzati in un circuito elettronico per la commutazione ad alta velocità in un sistema a bassa o media tensione.
Inverter IGBT vs. MOSFET: come funzionano
I principi di funzionamento di IGBT e MOSFET sono sostanzialmente simili. IGBT e MOSFET sono dispositivi controllati dalla tensione con azione di commutazione, ma i meccanismi interni differiscono.
Quando una tensione viene applicata al terminale di gate di un IGBT, questo si accende e si spegne. L'IGBT si accende quando viene applicata una tensione positiva al gate. Questo processo di commutazione consente alla corrente di fluire dal collettore all'emettitore. Quando la tensione viene rimossa dal gate, l'IGBT si spegne e la corrente viene bloccata.
Nei MOSFET, quando una tensione positiva (per un MOSFET a canale N) viene applicata al gate, si crea un campo elettrico che consente il passaggio di corrente dalla sorgente al drain. In questo caso l'interruttore è attivo. Quando al gate non viene applicata alcuna tensione o una tensione negativa, l'inverter MOSFET si spegne.
Aspetti da considerare nella scelta di un convertitore di potenza
Questi aspetti elaboreranno i pro e i contro dell'IGBT rispetto al MOSFET.
Capacità di gestione della potenza
La prima cosa da tenere in considerazione quando si decide di utilizzare un IGBT o un MOSFET come caratteristica in un circuito dell'inverter è la loro capacità di gestione della potenza. Si tratta della tensione e della corrente che un componente può gestire senza danneggiarsi. Ciò può influire sulla Capacità dell'inverter.
- Gli IGBT eccellono nelle applicazioni ad alta tensione e ad alta corrente. La loro capacità di gestire livelli di potenza più elevati li rende adatti a sistemi pesanti come gli azionamenti dei motori industriali, la trasmissione ad alta tensione o persino le reti elettriche.
- Gli inverter a MOSFET funzionano meglio nei sistemi a bassa e media potenza e in genere non sono in grado di gestire tensioni elevate superiori a 400 V con la stessa efficacia degli IGBT.
Frequenza di commutazione
In secondo luogo, l'aspetto principale da considerare è la velocità di commutazione. Si tratta della velocità con cui il transistor si accende e si spegne durante il funzionamento.
- Gli IGBT sono relativamente lenti nella commutazione. Per questo motivo sono meno adatti alle applicazioni ad alta frequenza. La velocità di commutazione è fondamentale in applicazioni come inverter ad alta frequenza o circuiti RF.
- Gli inverter MOSFET sono noti per la loro superiorità nelle capacità di commutazione rapida, quindi sono i più adatti per i sistemi di commutazione ad alta frequenza. Si tratta di applicazioni a bassa tensione che richiedono una commutazione rapida, come i convertitori DC-DC o l'elettronica di potenza ad alta velocità.
Efficienza
Poi, l'efficienza. Si riferisce all'efficacia con cui un convertitore di potenza riduce al minimo la perdita di energia durante il processo di conversione. A causa di questo aspetto vitale, il produttore di inverter Joeyoung produce molti inverter su misura per il mercato unico di ogni cliente. Con un'efficienza di 99%, il dispositivo ha sicuramente uno spreco di energia minimo, pur essendo conveniente.
Affidabilità e durata
Tutti vogliono un dispositivo di alta qualità che possa essere utilizzato per un lungo periodo. L'affidabilità e la durata del componente garantiscono che possa funzionare normalmente senza guasti.
- Gli IGBT, essendo progettati e adatti ad applicazioni ad alta potenza, richiedono un'adeguata dissipazione del calore e una protezione da sovratensioni o sovracorrenti. Un sistema ben mantenuto può offrire una lunga durata operativa.
- Gli inverter MOSFET sono affidabili in ambienti a bassa potenza, ma sono suscettibili di danni da alta tensione o di una gestione impropria.
Prestazioni termiche e raffreddamento
Poiché la conversione di potenza genera calore, le prestazioni termiche e il sistema di raffreddamento sono fondamentali per valutare la capacità di un componente di dissipare efficacemente il calore.
- Gli IGBT, che possono gestire correnti e tensioni elevate, tendono a generare più calore durante le perdite di commutazione.
- Anche i MOSFET richiedono un buon sistema di raffreddamento. Tuttavia, gli inverter a MOSFET generano meno calore.
Idoneità all'applicazione
Un altro aspetto fondamentale da considerare è l'idoneità dell'applicazione. Sistemi diversi richiedono caratteristiche diverse dei transistor.
- Gli IGBT, come già detto, sono perfetti per gestire sistemi ad alta potenza con frequenze di commutazione moderate.
- I MOSFET sono più adatti al funzionamento di sistemi medio-bassi.
Entrambe le operazioni si trovano in un inverter solare o in un convertitore CC-CC.
Costo e disponibilità di mercato
L'ultimo aspetto da considerare, ma che può influire sul budget complessivo del progetto, è il costo. La disponibilità sul mercato determina quanto sia facile ottenere il componente.
- Gli IGBT sono in genere più costosi degli inverter MOSFET. Il costo è giustificato dalle elevate prestazioni e dall'alta potenza che possono gestire. Gli IGBT valgono il costo iniziale più elevato per i sistemi su larga scala che richiedono alta efficienza e durata.
- Gli inverter MOSFET, grazie ai sistemi a bassa e media potenza, sono solitamente meno costosi degli IGBT.
Inverter IGBT vs. MOSFET: riepilogo dei pro e dei contro
| Caratteristica | IGBT | MOSFET |
|---|---|---|
| Commutazione | Più lento del MOSFET, non è adatto ad applicazioni ad alta frequenza. | Commutazione rapida, adatta ad applicazioni ad alta frequenza. |
| Gestione della tensione | Alta tensione (fino a diversi kV). | Bassa e media tensione (in genere fino a 250 V). |
| Gestione corrente | Correnti elevate (fino a centinaia di ampere). | inferiore a quello degli IGBT. |
| Perdita di potenza | Perdite di conduzione più elevate rispetto ai MOSFET. | Perdite di conduzione inferiori. |
| Efficienza | Meno efficiente ad alta frequenza di commutazione. | Alta efficienza ad alte frequenze di commutazione. |
| Applicazioni | Utilizzato in applicazioni ad alta potenza e ad alta tensione. | Da utilizzare in circuiti di bassa e media potenza e ad alta frequenza. |
| Costo | Più costoso | Più economico |
| Dimensione | Dimensioni maggiori per applicazioni ad alta potenza | Più piccolo e compatto |
Conclusione
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Domande frequenti
L'inverter MOSFET può essere migliore se l'applicazione richiede alte frequenze di commutazione con un carico medio-basso.
La durata di vita di un MOSFET dipende dalla qualità, dall'uso e dalla gestione termica. Con un buon progetto e un raffreddamento adeguato, possono durare diversi anni.
Gli inverter MOSFET sono limitati dalle loro capacità di gestione della tensione e della corrente. Non sono ideali per applicazioni ad altissima tensione o su scala industriale.
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