Hi Leute, ich habe eine Frage zu dem Durchlasswiderstand bei IGBTs und MOSFETs. Und zwar würde mich interessieren, weshalb in vielen MOSFET Datenblättern ein RDSon direkt angegeben wird und bei IGBTs nicht. Vielleicht täusche ich mich auch nur, weil ich nicht genug Erfahrung mit den beiden Schaltern gemacht habe. Aber bei IGBTs musste ich immer im Datenblatt nach der I_D vs. V_DS Grafik Ausschau halten. Dort habe ich dann für den jeweiligen Strom eine Tangente an den Graphen angelegt und über das Steigungsdreieck den Widerstand ermittelt. Bei den MOSFET Datenblättern, die ich in der letzten Zeit in der Hand hielt, stand schon auf den ersten Seiten ein (min. typ. max. )Wert für den Durchlasswiderstand. Habe ich da irgendwo etwas verpasst in der Vorlesung? Vielleicht mag mir hier ja jemand eine kleine Aufklärung geben. Ich wäre euch jedenfalls sehr dankbar. Gruß
Da hast du in deinen Vorlesung tatsächlich einiges verpasst. IGBT haben keinen Rdson, weil es bipolare Bauelemente sind. Es gibt nur eine Vce, die zwar eine leichte Abhängigkeit vom Strom hat (aufgrund des doch geringen vorhandenen ohmschen Anteils), aber ein quasi rein ohmsches Verhalten wie bei MOSFET gibt es nicht.
Hi, Der Igbt hat eine Vorwärtsspg, wohingegen des Mosfets Kennlinie im Ursprung startet. Beim IGBT legt man ja diese Lineare Approximation dem Arbeitspunkt entsprechend fest. MIt der Variation des Arbeitspunkts variiert der Widerstand der Kennlinie und somit auch die Vorwärtsspg. gruß ps.: Deswegen hat der Mosfet bei der Verlustbetrachtung nur den quadratischen Effektivwert und den Widerstand in Beachtung
Ufff, da scheint ja etwas Grundlegendes an mir vorbei gegangen zu sein. Danke für eure Aufklärung. Ich befürchte, ich muss mir das Wissen mal autodidaktisch aus einem Buch aneignen. So wirklich klar, weshalb man MOSFETs bei kleineren Spannungen und IGBTs bei höheren Spannungen verwendet, ist mir nämlich noch nicht. Auch nicht, weshalb der Strom dabei keine Rolle spielt :/ Auch nicht, weshalb die Schaltverluste im MOSFET frequenzunabhängig sind. Ich danke euch. Gruß
Der Rdson steigt mit höherer Sperrspannung überproportional an. Man muss bei hohen Spannungen riesige Chips verbauen, um einen brauchbaren Rdson zu erreichen (oder man steigt auf andere Materialien um, zum Beispiel Siliziumkarbid). Bei kleineren Strömen spielt das natürlich noch nicht so eine Rolle. Durch das ohmsche Verhalten steigen die Durchlassverluste quadratisch mit dem Strom, deshalb sind sie bei höheren Strömen unwirtschaftlich, weil man wieder einen kleinen Rdson erreichen muss. Bei einem IGBT gibt es diese Probleme nicht, deshalb werden sie bei höheren Spannungen und höheren Strömen eingesetzt. Die Schaltverlustleistung ist nicht frequenzunabhängig, weder bei MOSFET, noch bei IGBT. Es ensteht pro Schaltvorgang eine gewisse Schaltverlustenergie, die kann man mit der Frequenz multiplizieren, um die Verlustleistung zu berechnen.
Hi Mine Fields, ich danke dir sehr für deine aufschlussreiche Antwort. Sie bringt auf jeden Fall erstmal ein wenig Licht ins Dunkle und wird mich beim Durchlesen der Bücher sicherlich unterstützen. Das mit den Schaltverlusten und der Schaltverlustenergie freut mich zu lesen, denn so hatte ich es aus der Vorlesung auch verstanden. Weshalb ich es erwähnt habe: " - keine Ladungsspeicherung - frequenzunabhängige Verluste - positiver Temperaturkoeffizient - hoher Durchlasswiderstand da keine Ladungsträgerinjektion - Strukturbedingte Inversdiode " So steht es im Buch Grundkurs Leistungselektronik von Joachim Specovius auf Seite 53.
Ich weiß nicht genau, worauf sich das bezieht. Aber es gibt IGBT Effekte, bei der die Durchlassverluste bei hohen Frequenzen ansteigen. Womöglich ist das damit gemeint.
Hi, Mine Fields schrieb: > Ich weiß nicht genau, worauf sich das bezieht. Aber es gibt IGBT > Effekte, bei der die Durchlassverluste bei hohen Frequenzen ansteigen. > Womöglich ist das damit gemeint. Es ist ein Vergleich zwischen MOSFET und Bipolartransistor aufgelistet. Das mit den frequenzabhängigen Verlusten sieht so aus: MOSFET: - frequenzunabhängige Verluste Bipolartransistor: - Die Schaltverluste sind frequenzproportional Aber ich sehe, du scheinst dem nicht zuzustimmen. Da ich das auch in keiner anderen Literatur wiederfinde, werde ich also so tun, als ob ich das mit den Schaltverlusten nicht gelesen habe. :) Gruß
Wenn Mosfets Frequenzunabhängige Verluste hätten wäre vieles leichter. Dem ist aber definitiv nicht so. Bei der Verlustbetrachtung macht es aber sehr wohl Sinn, auch beim IGBT mit einem Einschaltwiderstand zu rechnen. Genauer mit dem differentiellen Widerstand, so wie bei einer Diode. Den die Sätigungsspannung ist eben auch Stromabhängig, und damit sind die Leitverluste auch Stromquadratisch. Bei hohen Spannungen also >600V ist dieser diff. Widerstand aber viel kleiner als bei Mosfets. MFG Fralla
Der IGBT hat zwar auch einen differentiellen Widerstand, überwiegend ist in den allermeisten Fällen aber immer noch die Sättigungsspannung. Wenn man exakt rechnen will, darf man natürlich beides nicht vernachlässigen. Die Abhängigkeit des Stromes ist auf jeden Fall einige Faktoren niedriger als bei MOSFET.
>Der IGBT hat zwar auch einen differentiellen Widerstand, überwiegend ist >in den allermeisten Fällen aber immer noch die Sättigungsspannung. Wenn die Spannung bei vollem Laststrom 3V und fast keinem Strom 1V beträgt, würde ich die Sättigungsspannung nicht überwiegend nennen...
Wobei nicht die ganze Spanne auf den differentiellen Widerstand zurückzuführen ist. Außerdem findet man solche Werte vielleicht im Bereich des maximalen Stromes nach Datenblatt, in realen Anwendungen sind die Ströme viel niedriger, und dort sind die Verhältnisse eben wie beschrieben.
Selbst wenn man einen üblichen IGBT nur bis 2V nutz, kann man von ~1V bis 2V eine schöne Gerade legen. Ein Widerstand eben, auch im Bereich der realen Anwendung...
Eben und in diesem Bereich überwiegt das typische bipolare Diodenverhalten.
Hallo Mine Fields und co., ich habe mich jetzt in Application Notes bezüglich MOSFETs und IGBTs eingelesen und meine auch grob den MOSFET verstanden zu haben. Speziell meine ich damit was passiert, wenn man eine Gate-Source Spannung anlegt, dass dieser Kanal entsteht und somit ein Elektronenfluss durch diesen Kanal ermöglicht wird. Was ich allerdings wirklich nicht verstehe bzw. herausfinden konnte, ist, wie man darauf auf den Widerstand schließen kann. Ich bin mir sicher, dass ich das Problem weit tiefer anpacken muss, nur stelle ich mich zu doof an, geeignete Quellen zu finden. Mein Verständnis: Beim MOSFET ist die Kanalbreite abhängig von der angelegten Gate-Source Spannung. Die Kanalbreite bestimmt, wie viele Elektronen pro Zeit durchfließen können. Im Prinzip haben wir hier doch die gute Analogie zum Wasser mit dem Rohr. Entsprechend habe ich hier etwas, wo ich einen Widerstand sehe. Jetzt heißt es, dass sich der IGBT ausgangsseitig wie eine Diode verhält in Bezug auf den differentiellen Widerstand und der Sättigungsspannung. Den PN Übergang meine ich auch grob Verstanden zu haben, das mit der Raumladungszone, die in Abhängigkeit von der angelegten Spannung größer oder kleiner wird. Ich weiß auch, dass man das Ersatzschaltbild der Diode aus der Grafik bestimmt. Aber "innen drinnen", also das, was im Halbleiter selbst passiert, kann ich nicht nachvollziehen. Wenn ich ein einfaches Bild von zwei unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien mit der Raumladungszone anschaue, z.B. das hier von Wikipedia: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/Sperrschicht.svg Diese Sättigungsspannung ist also die Spannung, die man über Kathode und Anode misst, richtig? Wenn ich also einen IGBT verwende und ihn voll durchschalte, dann messe ich zwischen Emitter und Kollektor eine kleine Spannung. Diese Spannung ist die Sättigungsspannung, die in folgender Verlusberechnungsformel enthalten ist:
Meine letzte Frage wäre:
bei einem IGBT ist der differenzielle Widerstand - genau so wie bei der Diode. Wie kann man ihn physikalisch erklären? Gibt es eine Erklärung wie beim MOSFET mit dem Kanal? Genau das habe ich bis jetzt noch nicht finden können, weil das Keinsignalmodell immer auf die ÜBergangskennlinie bezogen ist, aber nicht auf den Halbleiter an sich. Ich weiß, dass ich euch um viel bitte. Aber ich wäre euch sehr dankbar, wenn ihr mir ein wenig Licht ins Dunkle bringen könntet. Gruß
In einem voll aufgesteuerten MOSFET ist der Kanalwiderstand ein eher geringer Anteil. Die Driftregion trägt da mehr bei. Das ist ein eher "inaktiver" Teil des Halbleiters, der aber beim Sperren benötigt wird. Außerdem gibt es bei planaren MOSFET noch einen parasitären JFET, der zum Rdson beiträgt. Der differentielle Widerstand des IGBT ist im Prinzip der ohmsche Anteil des Chips. Wegen des PN-Übergangs wird keine so ausgeprägte Driftregion gebraucht und deshalb ist der Anteil des diffentiellen Widerstands eher gering. Zumindest auf die Chipgröße bezogen. Man schickt dann natürlich auch viel mehr Strom durch kleinere Chips und da nimmt der Anteil des differentiellen Widerstands natürlich wieder zu (und daher kamen auch die Einwände von oben).
Will man die Kennnlinien verstehen, so ist Der Aufbau (pn-struktur) hilfreich. Bei MOSFET fließt der Strom im p-dotierten Bereich durch einen Elektronenkanal (wie ein Draht vorzustellen). Ein pn-Übergang liegt in Rückwärtsrichtung Parallel. Beim IGBT fließt der Kollektorstrom Immer durch einen pn-Übergang, daher die Kennlinie. Dieser Übergang sperrt in Rückwärtsrichtung und man muss eine Rückwärtsdiode extra einbauen. Ich kann nur das eingangs erwähnte Buch empfehlen, dazu gibts kostenloses Zusatzmaterial zum downloaden. (kapitel 4, Auflage 5).
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