IGBT vs. Leistungs-MOSFET: Was wofür?
Beide sind spannungsgesteuerte Leistungsschalter mit isoliertem Gate, leiten aber unterschiedlich. Ein Leistungs-MOSFET führt den Strom mit nur einer Ladungsträgerart und verhält sich wie ein Widerstand, ist also bei niedriger und mittlerer Spannung schnell und effizient. Ein IGBT fügt eine bipolare Ausgangsstufe hinzu, die das Bauelement mit Ladungsträgern überschwemmt; das hält die Durchlassverluste bei hoher Spannung und hohem Strom niedrig, verlangsamt aber das Ausschalten. Die übliche Aufteilung: MOSFETs unterhalb einiger hundert Volt oder bei hoher Frequenz, IGBTs bei hoher Spannung und Leistung.
| Aspekt | Leistungs-MOSFET | IGBT |
|---|---|---|
| Aufbau | Unipolar: nur Majoritätsladungsträger, gesteuert durch ein MOS-Gate | MOS-Gate steuert eine bipolare Ausgangsstufe, sodass Elektronen und Löcher beteiligt sind |
| Typischer Spannungsbereich | Von wenigen Volt bis etwa 900 V (Silizium); SiC-MOSFETs erreichen mehrere kV | Etwa 600 V bis mehrere kV |
| Durchlassverluste | Resistiv (RDS(on)); steigt mit der Spannungsklasse stark an | Nahezu feste Sättigungsspannung (etwa 1,5 bis 3 V); geringere Verluste bei hoher Spannung und hohem Strom |
| Schaltgeschwindigkeit | Schnell: einige zehn oder hundert kHz und mehr | Langsamer: meist bis zu einigen zehn kHz |
| Tail-Strom beim Ausschalten | Keiner | Ja: gespeicherte Minoritätsladungsträger lassen kurzzeitig weiter Strom fließen |
| Body-Diode | Eingebaut | Keine: Eine separate Antiparallel-Diode wird im Gehäuse ergänzt |
| Parallelbetrieb | Einfach: Der Durchlasswiderstand steigt mit der Temperatur, sodass sich der Strom verteilt | Möglich, erfordert aber mehr Sorgfalt |
| Gate-Ansteuerung | Spannungsgesteuert, mit bei jedem Schaltvorgang zu liefernder Gateladung | Spannungsgesteuert, typischerweise etwa 15 V |
| Typische Anwendungen | Schaltnetzteile, DC-DC-Wandler, Ladegeräte, Motorantriebe für niedrige Spannung | Wechselrichter für Elektrofahrzeuge (Silizium-IGBTs), industrielle Motorantriebe, Bahnen, Schweißgeräte, Netzanlagen |
Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.