MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) và IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) là hai loại transistor phổ biến được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện tử công suất. Chúng có những đặc điểm và ứng dụng riêng biệt. Dưới đây là so sánh chi tiết giữa MOSFET và IGBT:
MOSFET: Là transistor trường, hoạt động dựa trên việc điều khiển dòng điện giữa hai cực Source (S) và Drain (D) bằng điện áp đặt vào cực Gate (G). Có hai loại MOSFET chính:Enhancement MOSFET (E-MOSFET): Thường tắt khi không có điện áp trên Gate và dẫn điện khi có điện áp đủ lớn trên Gate.Depletion MOSFET (D-MOSFET): Thường dẫn điện khi không có điện áp trên Gate và tắt khi có điện áp phù hợp trên Gate.
IGBT: Là sự kết hợp giữa MOSFET và BJT (Bipolar Junction Transistor). Cực Gate điều khiển dòng điện giữa cực Collector (C) và Emitter (E). IGBT tận dụng ưu điểm của cả MOSFET (dễ điều khiển) và BJT (dòng điện lớn).
MOSFET: Bộ nguồn switching (SMPS) công suất nhỏ và vừa. Mạch điều khiển động cơ DC (công suất nhỏ). Mạch khuếch đại âm thanh. Mạch điều khiển ánh sáng. Các ứng dụng tần số cao.
IGBT: Biến tần (inverter) trong các hệ thống điều khiển động cơ AC công suất lớn. Hệ thống hàn điện. Bộ nguồn UPS (Uninterruptible Power Supply) công suất lớn. Các ứng dụng năng lượng tái tạo (ví dụ: biến tần năng lượng mặt trời, tuabin gió). Hệ thống sưởi cảm ứng. Truyền tải điện cao áp DC (HVDC).
Chọn MOSFET: Nếu ứng dụng yêu cầu tốc độ chuyển mạch cao, điện áp thấp hoặc trung bình, và dòng điện không quá lớn.Chọn IGBT: Nếu ứng dụng yêu cầu khả năng chịu dòng điện lớn ở điện áp cao, và tốc độ chuyển mạch không phải là yếu tố quan trọng nhất.
Điều kiện: Tháo MOSFET hoặc IGBT ra khỏi mạch để đảm bảo kết quả chính xác.Chế độ đo: Chuyển đồng hồ vạn năng sang chế độ đo điện trở (Ω) hoặc diode.
Xả điện tích: Chạm que đo vào cả ba chân (Gate, Drain, Source) để xả hết điện tích tích tụ trên MOSFET.Đo giữa Gate và Source (G-S): Đặt que đen vào Source (S) và que đỏ vào Gate (G). Đồng hồ phải hiển thị điện trở rất lớn (vài Mega Ohm hoặc vô cực). Đảo ngược que đo (que đỏ vào S, que đen vào G). Đồng hồ vẫn phải hiển thị điện trở rất lớn. Nếu điện trở thấp hoặc bằng 0, MOSFET có thể bị hỏng (chập Gate-Source).
Đo giữa Gate và Drain (G-D): Thực hiện tương tự như bước 2. Điện trở phải rất lớn ở cả hai chiều. Nếu điện trở thấp, MOSFET có thể bị hỏng (chập Gate-Drain).Đo giữa Drain và Source (D-S): Đặt que đen vào Source (S) và que đỏ vào Drain (D). Đồng hồ phải hiển thị điện trở rất lớn (vài Mega Ohm hoặc vô cực). MOSFET đang ở trạng thái tắt. Kích hoạt MOSFET: Chạm que đỏ vào Gate (G) trong một khoảnh khắc ngắn để tích điện cho Gate.Kiểm tra D-S lần nữa: Giữ nguyên que đo ở D và S. Bây giờ điện trở giữa D và S phải giảm đáng kể, cho thấy MOSFET đã dẫn điện.Xả Gate: Chạm que đo vào Gate và Source để xả điện tích.Kiểm tra D-S lần nữa: Điện trở giữa D và S phải trở lại rất lớn, cho thấy MOSFET đã tắt.Nếu MOSFET không dẫn khi kích Gate hoặc không tắt sau khi xả Gate, nó có thể bị hỏng.
Xả điện tích: Chạm que đo vào cả ba chân (Gate, Collector, Emitter) để xả hết điện tích tích tụ trên IGBT.Đo giữa Gate và Emitter (G-E): Đặt que đen vào Emitter (E) và que đỏ vào Gate (G). Đồng hồ phải hiển thị điện trở rất lớn (vài Mega Ohm hoặc vô cực). Đảo ngược que đo (que đỏ vào E, que đen vào G). Đồng hồ vẫn phải hiển thị điện trở rất lớn. Nếu điện trở thấp hoặc bằng 0, IGBT có thể bị hỏng (chập Gate-Emitter).
Đo giữa Gate và Collector (G-C): Thực hiện tương tự như bước 2. Điện trở phải rất lớn ở cả hai chiều. Nếu điện trở thấp, IGBT có thể bị hỏng (chập Gate-Collector).Đo giữa Collector và Emitter (C-E): Đặt que đen vào Emitter (E) và que đỏ vào Collector (C). Đồng hồ phải hiển thị điện trở rất lớn (vài Mega Ohm hoặc vô cực). IGBT đang ở trạng thái tắt. Kích hoạt IGBT: Chạm que đỏ vào Gate (G) trong một khoảnh khắc ngắn để tích điện cho Gate.Kiểm tra C-E lần nữa: Giữ nguyên que đo ở C và E. Bây giờ điện trở giữa C và E phải giảm đáng kể, cho thấy IGBT đã dẫn điện. (Lưu ý: Điện trở có thể không giảm nhiều như MOSFET, đặc biệt với các IGBT công suất lớn).Xả Gate: Chạm que đo vào Gate và Emitter để xả điện tích.Kiểm tra C-E lần nữa: Điện trở giữa C và E phải trở lại rất lớn, cho thấy IGBT đã tắt.Nếu IGBT không dẫn khi kích Gate hoặc không tắt sau khi xả Gate, nó có thể bị hỏng.
Giá trị điện trở: Giá trị điện trở "rất lớn" có thể khác nhau tùy thuộc vào loại và thông số kỹ thuật của MOSFET/IGBT. Tham khảo datasheet của linh kiện để biết thông tin chi tiết.MOSFET P-Channel và IGBT P-Channel: Quy trình kiểm tra tương tự, nhưng cực tính của que đo có thể cần đảo ngược.Độ nhạy: MOSFET và IGBT rất nhạy cảm với tĩnh điện. Sử dụng vòng đeo tay chống tĩnh điện và làm việc trên bề mặt chống tĩnh điện khi kiểm tra.Kiểm tra kỹ lưỡng: Kiểm tra điện trở giữa tất cả các cặp chân để phát hiện các lỗi chập hoặc hở mạch.Kiểm tra động: Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng chỉ cho biết trạng thái cơ bản của MOSFET/IGBT. Để kiểm tra đầy đủ, cần thực hiện kiểm tra động trong mạch thực tế hoặc sử dụng mạch kiểm tra chuyên dụng.
Chập (Short): Điện trở giữa hai chân bất kỳ gần bằng 0 Ohm.Hở mạch (Open): Điện trở giữa hai chân bất kỳ là vô cực ở cả hai chiều.Không dẫn điện: MOSFET/IGBT không dẫn điện khi kích Gate.Không tắt: MOSFET/IGBT không tắt khi xả Gate.Rò rỉ: Điện trở giữa Drain/Collector và Source/Emitter không đủ lớn khi MOSFET/IGBT ở trạng thái tắt.
Kiểm tra điện áp ngưỡng (Vth) của Gate. Kiểm tra dòng điện rò rỉ (Idss hoặc Ices). Kiểm tra thời gian chuyển mạch.
7. Phân biệt MosFet và IGBT
Ký hiệu: MOSFET: Ký hiệu MOSFET thường có một đường thẳng (hoặc ba đoạn thẳng ngắn) đại diện cho kênh (channel), và một đường nối vào đường này đại diện cho cực Gate (G) tách biệt bằng một lớp oxit (đại diện bằng một khoảng trống).N-Channel MOSFET: Mũi tên hướng vào kênh. P-Channel MOSFET: Mũi tên hướng ra khỏi kênh.
IGBT: Ký hiệu IGBT là sự kết hợp giữa MOSFET và BJT. Nó có cực Gate (G) tương tự MOSFET, nhưng có Collector (C) và Emitter (E) như BJT.N-Channel IGBT: Mũi tên hướng vào Emitter. P-Channel IGBT: Mũi tên hướng ra khỏi Emitter.
Hình Dạng: Hình dạng bên ngoài của MOSFET và IGBT thường tương tự nhau, đặc biệt là trong các gói TO-220, TO-247, hoặc các gói SMD (Surface Mount Device). Tuy nhiên, đôi khi có thể phân biệt dựa vào số lượng chân hoặc cách bố trí chân, nhưng đây không phải là phương pháp chắc chắn. Số chân: Cả MOSFET và IGBT thường có 3 chân, nhưng một số loại có thể có thêm chân để hỗ trợ tản nhiệt hoặc các chức năng khác.
Thông số kỹ thuật: Datasheet là tài liệu quan trọng nhất để xác định loại linh kiện.Điện áp Drain-Source (Vds) hoặc Collector-Emitter (Vce): IGBT thường có điện áp định mức cao hơn MOSFET. Nếu Vds/Vce lớn hơn 600V, khả năng cao đó là IGBT.Điện trở Drain-Source On-State (Rds(on)) hoặc Điện áp Collector-Emitter bão hòa (Vce(sat)): MOSFET có Rds(on) thấp hơn, đặc biệt ở điện áp thấp. IGBT có Vce(sat) thấp, đặc biệt ở dòng điện lớn.Thời gian chuyển mạch: MOSFET thường có thời gian chuyển mạch nhanh hơn IGBT.Ký hiệu: Datasheet sẽ ghi rõ loại linh kiện (MOSFET hoặc IGBT).
Kiểm tra điện trở giữa các chân: (Như đã mô tả chi tiết trong câu trả lời trước về cách kiểm tra MOSFET/IGBT).Đo điện trở giữa Gate và các chân còn lại (Source/Drain hoặc Emitter/Collector). Điện trở phải rất cao (vài Mega Ohm hoặc vô cực) ở cả hai chiều. Nếu điện trở thấp, linh kiện có thể bị hỏng hoặc có thể có mạch bảo vệ tích hợp. Đo điện trở giữa Drain/Source (MOSFET) hoặc Collector/Emitter (IGBT). Ở trạng thái tắt, điện trở phải rất cao. Sau khi kích hoạt Gate, điện trở phải giảm xuống.
Lưu ý: Đo đạc bằng đồng hồ vạn năng có thể không phải lúc nào cũng cho kết quả rõ ràng, đặc biệt với các linh kiện có mạch bảo vệ tích hợp hoặc các thông số đặc biệt.
Ứng dụng điện áp cao: Nếu linh kiện được sử dụng trong các mạch điện áp cao (ví dụ: trên 600V), khả năng cao đó là IGBT.Ứng dụng tần số cao: Nếu linh kiện được sử dụng trong các mạch chuyển mạch tần số cao (ví dụ: trên 100kHz), khả năng cao đó là MOSFET.Điều khiển động cơ công suất lớn: IGBT thường được sử dụng trong các biến tần điều khiển động cơ AC công suất lớn.
Sau một thời gian làm việc với các linh kiện điện tử, bạn sẽ có thể nhận biết MOSFET và IGBT dựa vào hình dáng, ký hiệu và ứng dụng của chúng.
Bạn có một linh kiện trong gói TO-220 và datasheet của nó ghi là "IRFP460". Tìm kiếm "IRFP460 datasheet" trên Google, bạn sẽ thấy đây là một N-Channel MOSFET với Vds = 500V và Rds(on) = 0.27 Ohm. Bạn có một linh kiện trong gói TO-247 và datasheet của nó ghi là "IKW75N120T2". Tìm kiếm "IKW75N120T2 datasheet" trên Google, bạn sẽ thấy đây là một IGBT với Vce = 1200V và Vce(sat) = 1.9V.
8. Một số thông số của MOSFET và IGBT:
Định nghĩa: Rds(on) là điện trở giữa cực Drain (D) và Source (S) của MOSFET khi MOSFET đang ở trạng thái dẫn (bật). Nó được đo bằng đơn vị Ohm (Ω).Ý nghĩa: Rds(on) cho biết mức độ cản trở dòng điện của MOSFET khi nó đang dẫn. Giá trị Rds(on) càng thấp, MOSFET càng dẫn điện tốt hơn, và tổn hao công suất do dòng điện chạy qua MOSFET càng ít.Công thức tính tổn hao công suất: Tổn hao công suất dẫn (conduction loss) trong MOSFET được tính bằng công thức:P_conduction = I_D^2 * Rds(on)Trong đó: P_conduction là tổn hao công suất dẫn (Watts). I_D là dòng điện Drain (Amperes). Rds(on) là điện trở kênh dẫn trạng thái bật (Ohms).
Ảnh hưởng của nhiệt độ: Rds(on) thường tăng lên khi nhiệt độ tăng. Datasheet thường cung cấp đồ thị biểu diễn sự thay đổi của Rds(on) theo nhiệt độ.Ứng dụng: Rds(on) là thông số quan trọng để lựa chọn MOSFET cho các ứng dụng cần hiệu suất cao, chẳng hạn như bộ nguồn switching (SMPS), bộ điều khiển động cơ, và các ứng dụng năng lượng mặt trời.
Định nghĩa: Vce(sat) là điện áp giữa cực Collector (C) và Emitter (E) của IGBT khi IGBT đang ở trạng thái dẫn (bật) và hoạt động ở chế độ bão hòa (saturation). Nó được đo bằng đơn vị Volt (V).Ý nghĩa: Vce(sat) cho biết điện áp rơi trên IGBT khi nó đang dẫn dòng điện lớn. Giá trị Vce(sat) càng thấp, tổn hao công suất do điện áp rơi trên IGBT càng ít.Công thức tính tổn hao công suất: Tổn hao công suất dẫn (conduction loss) trong IGBT được tính bằng công thức:P_conduction = I_C * Vce(sat)P_conduction là tổn hao công suất dẫn (Watts). I_C là dòng điện Collector (Amperes). Vce(sat) là điện áp bão hòa Collector-Emitter (Volts).
Ảnh hưởng của dòng điện và nhiệt độ: Vce(sat) thường tăng lên khi dòng điện Collector tăng và nhiệt độ tăng. Datasheet thường cung cấp đồ thị biểu diễn sự thay đổi của Vce(sat) theo dòng điện và nhiệt độ.Ứng dụng: Vce(sat) là thông số quan trọng để lựa chọn IGBT cho các ứng dụng công suất lớn, chẳng hạn như biến tần (inverter), hệ thống hàn điện, và các ứng dụng năng lượng tái tạo.
Rds(on) (MOSFET): Đánh giá: Khả năng dẫn điện của MOSFET khi bật. Ý nghĩa: Giá trị thấp hơn đồng nghĩa với tổn hao công suất thấp hơn.
Vce(sat) (IGBT): Đánh giá: Điện áp rơi trên IGBT khi bật và dẫn dòng lớn. Ý nghĩa: Giá trị thấp hơn đồng nghĩa với tổn hao công suất thấp hơn.
MOSFET: Body diode trong MOSFET được hình thành giữa Source và Drain của MOSFET. Nó là một diode PN được tạo ra do cấu trúc của MOSFET.IGBT: IGBT cũng có một diode tương tự, nhưng cấu trúc có thể phức tạp hơn. Diode này cũng nằm giữa Collector và Emitter.
Tổn hao công suất: Khi body diode dẫn điện và sau đó bị khóa ngược, nó cũng sẽ trải qua quá trình reverse recovery, dẫn đến tổn hao công suất do dòng điện ngược (Irr).Nhiễu điện từ (EMI): Dòng điện ngược nhanh và sự chuyển mạch đột ngột có thể gây ra nhiễu điện từ.Stress cho MOSFET/IGBT: Dòng điện ngược có thể gây ra stress điện áp và dòng điện cho chính MOSFET hoặc IGBT.
trr lớn hơn: Body diode thường có thời gian phục hồi ngược (trr) lớn hơn so với các diode nhanh hoặc diode Schottky rời rạc. Điều này là do cấu trúc của nó không được tối ưu hóa cho tốc độ chuyển mạch.Hiệu suất kém hơn: Body diode thường có hiệu suất kém hơn so với diode rời rạc, với điện áp rơi thuận (Vf) cao hơn và trr lớn hơn.Không thể thay thế dễ dàng: Vì là một phần không thể tách rời của MOSFET/IGBT, bạn không thể thay thế body diode bằng một diode khác có đặc tính tốt hơn.
Sử dụng mạch snubber: Mạch snubber có thể giúp giảm tốc độ thay đổi điện áp và dòng điện, từ đó giảm tổn hao do reverse recovery.Chọn MOSFET/IGBT có body diode "mềm": Một số MOSFET/IGBT được thiết kế với body diode có đặc tính "mềm" hơn (soft recovery), nghĩa là dòng điện ngược giảm dần một cách mượt mà hơn, giảm nhiễu và stress.Sử dụng diode rời rạc song song: Trong một số ứng dụng, người ta có thể mắc thêm một diode Schottky rời rạc song song với body diode để cung cấp một đường dẫn dòng điện nhanh hơn và giảm tổn hao do reverse recovery. Tuy nhiên, cần cẩn thận để đảm bảo diode Schottky dẫn điện trước body diode.Thiết kế mạch chuyển mạch zero-voltage switching (ZVS) hoặc zero-current switching (ZCS): Các kỹ thuật ZVS và ZCS giúp giảm tổn hao chuyển mạch bằng cách đảm bảo rằng MOSFET/IGBT được bật hoặc tắt khi điện áp hoặc dòng điện bằng không.
Mạch Half-Bridge và Full-Bridge: Trong các mạch half-bridge và full-bridge (thường được sử dụng trong biến tần), body diode có thể dẫn điện trong một khoảng thời gian ngắn trong quá trình chuyển mạch, đặc biệt khi tải có tính cảm ứng.Mạch Flyback: Trong mạch flyback, body diode có thể dẫn điện trong quá trình khóa ngược của MOSFET.
MOSFET và IGBT đều có diode ký sinh (body diode) tích hợp sẵn. Body diode có trr lớn hơn và hiệu suất kém hơn so với diode rời rạc. trr của body diode gây ra tổn hao công suất, nhiễu điện từ, và stress cho MOSFET/IGBT. Cần áp dụng các biện pháp giảm thiểu ảnh hưởng của trr để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của mạch.
Định nghĩa: Ciss là điện dung đầu vào của MOSFET hoặc IGBT. Nó là điện dung nhìn từ cực Gate đến Mass (GND), với cực Drain/Collector được nối AC với Mass.Công thức: Ciss = Cgs + Cgd (trong đó Cgs là điện dung Gate-Source và Cgd là điện dung Gate-Drain)Ý nghĩa: Ciss đại diện cho tổng điện dung mà mạch điều khiển (gate driver) phải sạc và xả để bật và tắt MOSFET/IGBT. Giá trị Ciss càng lớn, mạch điều khiển cần phải cung cấp dòng điện lớn hơn để đạt được tốc độ chuyển mạch mong muốn.Ảnh hưởng: Tốc độ chuyển mạch: Ciss lớn hơn làm chậm tốc độ chuyển mạch, vì cần nhiều thời gian hơn để sạc và xả điện dung.Tổn hao công suất: Dòng điện cần thiết để sạc và xả Ciss gây ra tổn hao công suất trong mạch điều khiển.Yêu cầu về mạch điều khiển: Ciss lớn hơn đòi hỏi mạch điều khiển có khả năng cung cấp dòng điện lớn hơn và có trở kháng đầu ra thấp hơn.
Định nghĩa: Coss là điện dung đầu ra của MOSFET hoặc IGBT. Nó là điện dung nhìn từ cực Drain/Collector đến Mass (GND), với cực Gate được nối AC với Mass.Công thức: Coss = Cds + Cgd (trong đó Cds là điện dung Drain-Source/Collector-Emitter và Cgd là điện dung Gate-Drain/Gate-Collector)Ý nghĩa: Coss đại diện cho điện dung ký sinh tồn tại giữa cực Drain/Collector và Source/Emitter. Điện dung này lưu trữ năng lượng khi MOSFET/IGBT tắt và xả năng lượng khi nó bật.Ảnh hưởng: Tổn hao chuyển mạch: Năng lượng lưu trữ trong Coss bị tiêu tán khi MOSFET/IGBT bật, gây ra tổn hao công suất.Điện áp quá độ (voltage overshoot): Coss có thể gây ra điện áp quá độ khi MOSFET/IGBT tắt, đặc biệt trong các mạch có tính cảm ứng cao.Zero-Voltage Switching (ZVS): Trong các mạch ZVS, Coss có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình chuyển mạch mềm.
Định nghĩa: Crss là điện dung truyền ngược (reverse transfer capacitance) của MOSFET hoặc IGBT. Nó là điện dung giữa cực Gate và Drain/Collector (Cgd), thường được gọi là điện dung Miller (Miller capacitance).Công thức: Crss = Cgd (Điện dung Gate-Drain/Gate-Collector)Ý nghĩa: Crss là điện dung quan trọng nhất trong ba thông số này, vì nó gây ra hiệu ứng Miller (Miller effect), làm tăng điện dung đầu vào hiệu dụng (effective input capacitance) và ảnh hưởng lớn đến tốc độ chuyển mạch.Ảnh hưởng: Hiệu ứng Miller: Crss gây ra hiệu ứng Miller, làm tăng điện dung đầu vào hiệu dụng khi MOSFET/IGBT chuyển mạch.Tốc độ chuyển mạch: Crss lớn hơn làm chậm tốc độ chuyển mạch do hiệu ứng Miller.Dao động: Crss có thể gây ra dao động trong mạch điều khiển.Yêu cầu về mạch điều khiển: Crss lớn hơn đòi hỏi mạch điều khiển có khả năng cung cấp dòng điện lớn hơn và có trở kháng đầu ra thấp hơn để vượt qua hiệu ứng Miller.
Lựa chọn Gate Driver: Khi chọn mạch điều khiển (gate driver) cho MOSFET hoặc IGBT, cần xem xét các thông số điện dung này. Mạch điều khiển phải có khả năng cung cấp đủ dòng điện để sạc và xả các điện dung này trong thời gian ngắn để đạt được tốc độ chuyển mạch mong muốn.Thiết kế mạch điều khiển: Các giá trị Ciss, Coss, và Crss cũng ảnh hưởng đến thiết kế của mạch điều khiển, chẳng hạn như lựa chọn điện trở cổng (gate resistor) và các linh kiện khác.
Định nghĩa: Vgs(th) là điện áp tối thiểu cần đặt giữa cực Gate (G) và Source (S) của MOSFET để bắt đầu tạo ra kênh dẫn điện giữa Drain (D) và Source (S). Nói cách khác, đó là điện áp cần thiết để MOSFET bắt đầu dẫn dòng điện đáng kể.Ý nghĩa: Vgs(th) cho biết độ nhạy của MOSFET đối với điện áp điều khiển. MOSFET có Vgs(th) thấp hơn sẽ dễ dàng bật hơn so với MOSFET có Vgs(th) cao hơn.Giá trị: Vgs(th) thường nằm trong khoảng từ vài Volt (ví dụ: 1V đến 4V) cho các MOSFET logic-level và có thể cao hơn cho các MOSFET công suất. Giá trị chính xác được ghi rõ trong datasheet của MOSFET.Đo lường: Vgs(th) thường được đo ở một dòng điện Drain nhỏ (Id), ví dụ: Id = 250µA. Datasheet sẽ chỉ định dòng điện này.Ảnh hưởng: Lựa chọn điện áp điều khiển: Vgs(th) xác định điện áp tối thiểu cần thiết từ mạch điều khiển (gate driver) để bật MOSFET.Thiết kế mạch: Vgs(th) cần được xem xét trong thiết kế mạch để đảm bảo MOSFET được bật và tắt đúng cách.Tính tương thích: Khi thay thế MOSFET, cần đảm bảo Vgs(th) của linh kiện mới tương thích với điện áp điều khiển hiện có.
Lưu ý: Vgs(th) có thể thay đổi theo nhiệt độ. Datasheet thường cung cấp thông tin về sự thay đổi này. Vgs(th) có thể khác nhau giữa các MOSFET cùng loại do sự khác biệt trong quá trình sản xuất.
Định nghĩa: Vge(th) là điện áp tối thiểu cần đặt giữa cực Gate (G) và Emitter (E) của IGBT để bắt đầu bật IGBT. Tương tự như Vgs(th) của MOSFET, đó là điện áp cần thiết để bắt đầu dẫn dòng điện đáng kể giữa Collector (C) và Emitter (E).Ý nghĩa: Vge(th) cho biết độ nhạy của IGBT đối với điện áp điều khiển.Giá trị: Vge(th) thường nằm trong khoảng từ vài Volt (ví dụ: 3V đến 7V). Giá trị chính xác được ghi rõ trong datasheet của IGBT.Đo lường: Vge(th) thường được đo ở một dòng điện Collector nhỏ (Ic), ví dụ: Ic = 250µA. Datasheet sẽ chỉ định dòng điện này.Ảnh hưởng: Lựa chọn điện áp điều khiển: Vge(th) xác định điện áp tối thiểu cần thiết từ mạch điều khiển (gate driver) để bật IGBT.Thiết kế mạch: Vge(th) cần được xem xét trong thiết kế mạch để đảm bảo IGBT được bật và tắt đúng cách.Tính tương thích: Khi thay thế IGBT, cần đảm bảo Vge(th) của linh kiện mới tương thích với điện áp điều khiển hiện có.
Lưu ý: Vge(th) có thể thay đổi theo nhiệt độ. Datasheet thường cung cấp thông tin về sự thay đổi này. Vge(th) có thể khác nhau giữa các IGBT cùng loại do sự khác biệt trong quá trình sản xuất.
Đảm bảo Bật/Tắt Chính Xác: Việc lựa chọn điện áp điều khiển phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo MOSFET hoặc IGBT được bật hoàn toàn (để giảm tổn hao dẫn) và tắt hoàn toàn (để ngăn chặn dòng điện rò rỉ).Mạch Điều Khiển (Gate Driver): Mạch điều khiển phải có khả năng cung cấp điện áp đủ lớn để vượt qua Vgs(th) hoặc Vge(th) và cung cấp đủ dòng điện để sạc và xả điện dung cổng một cách nhanh chóng.Thiết kế Mạch Bảo Vệ: Trong một số trường hợp, mạch bảo vệ có thể được sử dụng để ngăn chặn điện áp Gate vượt quá giá trị tối đa cho phép (Vgs(max) hoặc Vge(max)), điều này có thể làm hỏng MOSFET hoặc IGBT.
Định nghĩa: Vce là điện áp giữa cực Collector (C) và Emitter (E) của IGBT.Phân loại: Vce(max): Điện áp Collector-Emitter tối đa tuyệt đối (Absolute Maximum Collector-Emitter Voltage). Đây là điện áp tối đa mà IGBT có thể chịu đựng được mà không bị hỏng. Vượt quá điện áp này có thể gây ra sự cố vĩnh viễn cho IGBT.Vces: Điện áp Collector-Emitter (Collector-Emitter Voltage with Gate Short-Circuited to Emitter). Đây là điện áp được đo khi cực Gate được nối tắt với cực Emitter. Nó thường được sử dụng để xác định khả năng chịu đựng điện áp của IGBT trong điều kiện tắt.
Ý nghĩa: Vce(max) là một thông số giới hạn quan trọng cần được xem xét khi thiết kế mạch. Điện áp Collector-Emitter trong mạch phải luôn thấp hơn Vce(max) để đảm bảo IGBT hoạt động an toàn và không bị hỏng.Ứng dụng: Vce(max) được sử dụng để chọn IGBT phù hợp cho một ứng dụng cụ thể, dựa trên điện áp hoạt động tối đa trong mạch. Ví dụ, nếu mạch có điện áp tối đa là 400V, bạn cần chọn IGBT có Vce(max) lớn hơn 400V (ví dụ: 600V hoặc cao hơn) để đảm bảo an toàn.
Định nghĩa: V(BR)DSS là điện áp giữa cực Drain (D) và Source (S) của MOSFET mà tại đó MOSFET bắt đầu dẫn dòng điện đáng kể khi Gate được nối tắt với Source (Vgs = 0V). Nó là điện áp mà tại đó xảy ra sự cố đánh thủng (breakdown) trong MOSFET.Ký hiệu: V(BR)DSS (Drain-Source Breakdown Voltage)
Ý nghĩa: V(BR)DSS là thông số quan trọng để xác định khả năng chịu đựng điện áp của MOSFET. Khi điện áp Drain-Source vượt quá V(BR)DSS, MOSFET có thể bị hỏng vĩnh viễn.Đo lường: V(BR)DSS thường được đo ở một dòng điện Drain nhỏ (Id), ví dụ: Id = 250µA. Datasheet sẽ chỉ định dòng điện này.Ảnh hưởng: Lựa chọn linh kiện: V(BR)DSS là một trong những thông số quan trọng nhất để lựa chọn MOSFET cho một ứng dụng cụ thể.Thiết kế mạch: Điện áp Drain-Source trong mạch phải luôn thấp hơn V(BR)DSS để đảm bảo MOSFET hoạt động an toàn.
Ứng dụng: V(BR)DSS được sử dụng để chọn MOSFET phù hợp cho một ứng dụng cụ thể, dựa trên điện áp hoạt động tối đa trong mạch. Ví dụ, nếu mạch có điện áp tối đa là 30V, bạn cần chọn MOSFET có V(BR)DSS lớn hơn 30V (ví dụ: 50V hoặc cao hơn) để đảm bảo an toàn.
Giá trị tuyệt đối tối đa (Absolute Maximum Ratings): Vce(max) và V(BR)DSS là các giá trị tuyệt đối tối đa và không nên vượt quá trong bất kỳ điều kiện hoạt động nào.Hệ số an toàn: Khi thiết kế mạch, nên sử dụng hệ số an toàn (safety factor) để đảm bảo điện áp hoạt động thực tế luôn thấp hơn đáng kể so với Vce(max) hoặc V(BR)DSS. Điều này giúp bảo vệ IGBT hoặc MOSFET khỏi các xung điện áp hoặc các điều kiện bất thường khác.Datasheet: Luôn tham khảo datasheet của IGBT và MOSFET để biết các giá trị chính xác của Vce(max) và V(BR)DSS, cũng như các điều kiện đo và các thông số liên quan.
Định nghĩa: Id là dòng điện tối đa mà MOSFET có thể dẫn liên tục (DC) trong điều kiện hoạt động xác định mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ cho phép.Ý nghĩa: Id cho biết khả năng của MOSFET trong việc xử lý dòng điện liên tục. Vượt quá Id có thể làm MOSFET quá nóng và gây ra hư hỏng.Đơn vị: Amperes (A)Datasheet: Datasheet thường cung cấp nhiều giá trị Id khác nhau, được xác định trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ vỏ (Tc) và nhiệt độ môi trường (Ta).
Định nghĩa: Ic là dòng điện tối đa mà IGBT có thể dẫn liên tục (DC) trong điều kiện hoạt động xác định mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ cho phép.Ý nghĩa: Tương tự như Id của MOSFET, Ic cho biết khả năng của IGBT trong việc xử lý dòng điện liên tục. Vượt quá Ic có thể làm IGBT quá nóng và gây ra hư hỏng.Đơn vị: Amperes (A)Datasheet: Datasheet thường cung cấp nhiều giá trị Ic khác nhau, được xác định trong các điều kiện khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ vỏ (Tc) và nhiệt độ môi trường (Ta).
Định nghĩa: Tvjmax là nhiệt độ tối đa cho phép của tiếp giáp bán dẫn (junction) bên trong MOSFET hoặc IGBT.Ý nghĩa: Tvjmax là một giới hạn quan trọng cần được tuân thủ để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của linh kiện. Vượt quá Tvjmax có thể gây ra hư hỏng vĩnh viễn cho MOSFET hoặc IGBT.Đơn vị: Degrees Celsius (°C)Datasheet: Tvjmax luôn được ghi rõ trong datasheet.
Định nghĩa: Tc là nhiệt độ của vỏ (case) của MOSFET hoặc IGBT.Ý nghĩa: Tc là một điểm tham chiếu quan trọng để đo lường và kiểm soát nhiệt độ của linh kiện. Bằng cách duy trì Tc dưới một giá trị nhất định, bạn có thể đảm bảo rằng nhiệt độ tiếp giáp (Tvj) không vượt quá Tvjmax.Đơn vị: Degrees Celsius (°C)Datasheet: Datasheet thường chỉ định các giá trị Id hoặc Ic tương ứng với các giá trị Tc khác nhau.
Ý nghĩa: Các giá trị Id và Ic được cung cấp trong datasheet thường được giới hạn bởi Tvjmax. Điều này có nghĩa là, ngay cả khi MOSFET hoặc IGBT có thể dẫn dòng điện lớn hơn, bạn không được phép vượt quá giới hạn Id hoặc Ic được chỉ định cho một giá trị Tc nhất định, nếu không nhiệt độ tiếp giáp (Tvj) sẽ vượt quá Tvjmax và có thể gây ra hư hỏng.
Ý nghĩa: Giá trị Id hoặc Ic được chỉ định với Tc = 25°C là giá trị tối đa mà linh kiện có thể dẫn khi vỏ của nó được duy trì ở nhiệt độ 25°C. Điều này thường đạt được bằng cách sử dụng tản nhiệt hiệu quả. Đây thường là giá trị Id hoặc Ic lớn nhất được ghi trong datasheet, nhưng nó chỉ có thể đạt được trong điều kiện lý tưởng.
Định nghĩa: Dây liên kết (bond wire) là các dây kim loại nhỏ bên trong MOSFET hoặc IGBT, kết nối chip bán dẫn với các chân bên ngoài.Ý nghĩa: Dây liên kết có giới hạn dòng điện tối đa mà chúng có thể chịu đựng được. Nếu dòng điện vượt quá giới hạn này, dây liên kết có thể quá nóng và bị đứt, gây ra hư hỏng cho linh kiện.Tc = 137°C - Nhiệt Độ Vỏ 137 Độ C: Giá trị Id hoặc Ic được chỉ định với Tc = 137°C thường là giá trị được giới hạn bởi khả năng chịu dòng của dây liên kết. Ở nhiệt độ cao hơn, giới hạn này trở nên quan trọng hơn.
Tvj = P * Rthjc + Tc Trong đó: * Tvj: Nhiệt độ tại điểm nối. * P: Công suất tiêu thụ. * Rthjc: Điện trở nhiệt từ điểm nối đến vỏ. * Tc: Nhiệt độ vỏ
Id (MOSFET) và Ic (IGBT) là các thông số cho biết khả năng dẫn dòng điện liên tục của linh kiện. Tvjmax là nhiệt độ tối đa cho phép của tiếp giáp bán dẫn. Tc là nhiệt độ của vỏ linh kiện. Các giá trị Id và Ic thường được giới hạn bởi Tvjmax và các yếu tố khác như khả năng chịu dòng của dây liên kết. Khi thiết kế mạch, cần đảm bảo rằng dòng điện và nhiệt độ hoạt động của MOSFET hoặc IGBT không vượt quá các giới hạn được chỉ định trong datasheet.
Id = 50A @ Tc = 25°C, Limited by Tvjmax Id = 35A @ Tc = 100°C, Limited by Tvjmax Id = 20A @ Tc = 137°C, Limited by Bond Wire
Khi duy trì nhiệt độ vỏ ở 25°C, bạn có thể cho MOSFET dẫn dòng điện tối đa 50A, nhưng giá trị này bị giới hạn bởi Tvjmax. Khi nhiệt độ vỏ tăng lên 100°C, dòng điện tối đa phải giảm xuống 35A để đảm bảo Tvj không vượt quá Tvjmax. Khi nhiệt độ vỏ đạt 137°C, dòng điện tối đa phải giảm xuống 20A, vì lúc này giới hạn không còn là Tvjmax mà là khả năng chịu dòng của dây liên kết.
