تفاوت ماسفت با IGBT در اینورتر جوشکاری

اینورترها، بخش اصلی دستگاه های جوش شناخته می شوند و بر کیفیت و آسانی کار تاثیر بسزایی دارند. دو فناوری مهم در این زمینه، ترانزیستورهای ماسفت و ترانزیستورهایIGBT هستند که هر کدام ویژگی ها و قابلیت های خاص خود را به دستگاه های جوش می دهند. انتخاب بین این دو اینورتر برای متخصصان این حوزه و کارگاه هایی که به دنبال تجهیزات کارآمد هستند، اهمیت دارد.

درک تفاوت های ماسفت و IGBT به انتخاب مناسب تر دستگاه اینورتر برای کاربردهای گوناگون کمک میکند. دانستن مزایا و معایب هر کدام از این اینورتر ها، از جمله کارایی، اطمینان پذیری، هزینه و کاربردهای مناسب، برای جوشکاران، از مبتدی تا حرفه ای، مفید است. این نوشته به بررسی موارد مذکور می پردازد.

برای علاقه مندان به کسب دانش بیشتر در این حرفه، دوره های آموزش جوشکاری در فن آموزان می تواند مفید باشد. این دوره ها علاوه بر آموزش عملی، دانش لازم برای انتخاب و استفاده صحیح از انواع دستگاه های مورد استفاده در این صنعت، از جمله اینورترهای ماسفت و IGBT را ارائه می دهند. برای مشاهده سرفصل ها و اطلاعات کامل این دوره روی تصویر زیر کلیک نمایید:

iGBT چیست؟

آی جی بی تی IGBT، یک ترانزیستور قدرت نیمه رسانا است که مزایای ترانزیستورهای ماسفت و ترانزیستورهای پیوندی دوقطبیBJT را به صورت ترکیبی ارائه می دهد و به همین دلیل در کاربردهای الکترونیک قدرت با ولتاژ و جریان بالا، مانند اینورترهای جوشکاری توان بالا، بسیار پرکاربرد است.

ساختار IGBT شامل سه ترمینال به نام های گیت (Gate)، کلکتور (Collector)و امیتر (Emitter) است. از نظر عملکرد، IGBT از گیت کنترل شده ماسفت برای تحریک و هدایت جریان استفاده می کند، در حالی که خروجی آن شبیه به یک ترانزیستور BJT است.

به عبارت دیگر، گیت IGBT همانند ماسفت ولتاژ-کنترل بوده و جریان گیت بسیار کمی نیاز دارد، در حالی که بخش هدایت جریان بین کلکتور و امیتر، مانند BJT، قادر به تحمل جریان و ولتاژهای بسیار بالا می باشد.

ویژگی IGBTها توانایی تحمل ولتاژ و جریان بسیار بالا در کنار افت ولتاژ پایین در حالت روشن است که آن ها را برای کاربردهای توان بالا عالی می سازد.

اگرچه سرعت سوئیچینگ IGBTها از ماسفت ها کمتر است، اما همچنان برای فرکانس های سوئیچینگ مورد نیاز در اکثر اینورترهای جوشکاری مناسب بوده و با بهینه سازی طراحی مدار، به عملکرد سوئیچینگ قابل قبولی دست یافت. IGBTها به دلیل ترکیب ویژگی های ماسفت و BJT، در مقایسه با ماسفت ها، برای دستگاه های جوشکاری با توان های بالاتر، جریان های خروجی بیشتر و کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بالا در شرایط کاری سخت دارند، انتخاب ارجح تری محسوب می شوند.

ماسفت چیست؟

ماسفت (MOSFET) یا ترانزیستور اثر میدان نیمه رسانای اکسید فلز، نوعی ترانزیستور اثر میدان است که به طور کلی در الکترونیک قدرت و مدارهای سوئیچینگ، از جمله اینورترهای جوشکاری، مورد استفاده قرار می گیرد. ساختار ماسفت شامل چهار ترمینال به نام های گیت (Gate)، درین (Drain)، سورس (Source) و بدنه (Body) می باشد. عملکرد ماسفت بر مبنای کنترل جریان بین درین و سورس توسط ولتاژ اعمال شده به گیت است. به طور دقیق تر، با اعمال ولتاژ به گیت ماسفت، یک میدان الکتریکی در کانال زیر گیت ایجاد می شود که رسانایی کانال را تغییر می دهد.

در حالت خاموش، کانال ماسفت عایق بوده و جریان بسیار کمی از درین به سورس عبور می کند. اما با افزایش ولتاژ گیت، کانال رسانا شده و جریان به نسبت ولتاژ گیت، از درین به سورس جریان می یابد. ویژگی بارز ماسفت ها سرعت سوئیچینگ بسیار بالا است که امکان عملکرد اینورترهای جوشکاری در فرکانس های بالا را فراهم می سازد که به کاهش حجم و وزن ترانسفورماتور و در نتیجه، کوچک تر و سبک تر شدن دستگاه می گردد.

با این حال، ماسفت ها در مقایسه با IGBTها، توانایی تحمل ولتاژ و جریان بالاتری را ندارند و بیشتر در دستگاه های جوش با توان های پایین تر و متوسط مورد استفاده قرار می گیرند.

همچنین، ماسفت ها به دلیل امپدانس ورودی بالا، نیاز به جریان گیت کمتری دارند و درایو کردن آن ها ساده تر است، که به طراحی مدارهای کنترل ساده تر و کارآمدتر در اینورترهای جوشکاری کمک می کند.

تفاوت MOSFET و IGBT

• تفاوت در سرعت سوئیچینگ
• تفاوت در تحمل ولتاژ و جریان
• تفاوت در پیچیدگی درایو گیت

تفاوت ماسفت و آی جی بی تی در سرعت سوئیچینگ

ماسفت ها به طور ذاتی از سرعت سوئیچینگ بسیار بالاتری نسبت به IGBTها برخوردارند. این ویژگی به ساختار فیزیکی و مکانیزم عملکرد آن ها باز می گردد. در ماسفت ها، جریان عمدتاً توسط حامل های اکثریت (الکترون ها یا حفره ها) انجام می شود که منجر به زمان های روشن و خاموش شدن بسیار سریع تر می گردد.

در مقابل، IGBTها به دلیل ساختار دو قطبی خود، از هر دو نوع حامل (اکثریت و اقلیت) برای هدایت جریان استفاده می کنند که باعث افزایش زمان بازگشت معکوس و در نتیجه، کاهش سرعت سوئیچینگ آن ها در مقایسه با ماسفت ها می شود.

در عمل، سرعت سوئیچینگ بالاتر ماسفت ها در اینورترهای جوش به معنای امکان استفاده از فرکانس های سوئیچینگ بالاتر است. فرکانس سوئیچینگ بالاتر، به نوبه خود، امکان استفاده از ترانسفورماتورهای کوچک تر و سبک تر را فراهم می کند و در نهایت باعث، کاهش حجم و وزن دستگاه جوشکاری و همچنین بهبود راندمان و کیفیت جوش می گردد.

تفاوت ماسفت و آی جی بی تی در تحمل ولتاژ و جریان

IGBTها به طور کلی در مقایسه با ماسفت ها، قابلیت تحمل ولتاژ و جریان بسیار بالاتری را دارند. ساختار IGBT، که ترکیبی از ویژگی های ماسفت و ترانزیستور پیوندی دوقطبی (BJT) است، به آن ها امکان می دهد تا ولتاژهای شکست بالاتر و جریان های عبوری بیشتری را بدون آسیب دیدن تحمل کنند.

در مقابل، ماسفت ها، به ویژه انواع ولتاژ-بالای آن ها، با محدودیت هایی در تحمل ولتاژ و جریان روبرو هستند. این تفاوت در تحمل ولتاژ و جریان، کاربردهای متفاوتی را برای ماسفت و IGBT در اینورترهای جوشکاری رقم می زند.

IGBTها به دلیل توانایی تحمل ولتاژ و جریان بالا، به طور معمول در اینورترها با توان های خروجی بالا، جریان های جوش سنگین و کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بالا در شرایط کاری سخت دارند، مورد استفاده قرار می گیرند.

در حالی که ماسفت ها بیشتر در اینورترهای با توان های پایین تر و متوسط، جریان های جوشکاری سبک تر و کاربردهایی که سرعت سوئیچینگ بالا و حجم و وزن کم دستگاه در اولویت است، کاربرد دارند.

تفاوت ماسفت و IGBT در پیچیدگی درایو گیت

از نظر سهولت استفاده و طراحی مدار درایو، ماسفت ها در مقایسه با IGBTها، درایو گیت ساده تری دارند. ماسفت ها، به عنوان قطعات ولتاژ-کنترل، به جریان گیت بسیار کمی برای روشن و خاموش شدن نیاز دارند. امپدانس ورودی بالای گیت ماسفت، باعث می شود که مدار درایو گیت آن ها ساده تر و با تلفات کمتری قابل طراحی باشد. در مقابل، IGBTها، اگرچه گیت آن ها نیز ولتاژ-کنترل است، اما به دلیل ساختار پیچیده تر و اثر میلر بیشتر، نیاز به مدار درایو گیت قوی تر و پیچیده تری دارند تا بتوانند به سرعت و به طور کارآمد روشن و خاموش شوند.

این پیچیدگی بیشتر در درایو گیت IGBTها، می تواند هزینه و حجم مدار کنترل اینورتر را افزایش دهد. با این حال، با پیشرفت های اخیر در تکنولوژی درایورهای گیت IGBT، طراحی مدارهای درایو IGBT نیز تا حد زیادی ساده تر و کارآمدتر شده است، اما همچنان در مقایسه با ماسفت ها، به طراحی دقیق تر و قطعات گران قیمت تری نیاز دارند.

کاربردهای ترانزیستور IGBT

در اینورترهای جوش صنعتی و سنگین، IGBTها به عنوان بخش های اصلی قدرت به کار می روند، زیرا قادرند جریان های جوشکاری بسیار بالا و ولتاژهای قوس الکتریکی مورد نیاز برای جوشکاری مواد ضخیم و سنگین را به طور مطمئن و کارآمد کنترل نمایند.

همچنین در درایوهای موتورهای صنعتی، به ویژه در کاربردهای توان بالا مانند موتورهای کششی قطارها، موتورهای پمپ های بزرگ و سیستم های محرکه صنعتی سنگین، IGBTها به دلیل قابلیت اطمینان بالا و توانایی تحمل بارهای سنگین، انتخاب ارجح محسوب می شوند. کاربردهای IGBT معمولاً در سیستم هایی متمرکز است که نیازمند کنترل توان بالا و لتاژهای زیاد و جریان های سنگین با قابلیت اطمینان بالا در شرایط سخت کاری می باشند.

کاربردهای ترانزیستور ماسفت

در اینورترهای سبک و قابل حمل، ماسفت ها به دلیل سرعت سوئیچینگ بالا و امکان طراحی دستگاه های کوچک تر و سبک تر، کاربرد فراوانی دارند.
کاربردهای ماسفت در سیستم هایی است که بر کارایی بالا، سرعت سوئیچینگ زیاد، حجم و وزن کم دستگاه و سادگی مدار درایو تمرکز دارند و توان های خروجی در محدوده پایین تر و متوسط قرار می گیرند.

مزایای اینورتر ماسفت

سرعت سوئیچینگ بالا یکی از مهم ترین مزایای آن ها است که امکان عملکرد در فرکانس های بالا را فراهم کرده و باعث، طراحی دستگاه های کوچک تر و سبک تر با راندمان بالاتر می گردد.
درایو گیت ساده تر ماسفت ها نیز طراحی مدارهای کنترل را آسان تر و کم هزینه تر می کند. همچنین، اینورترهای ماسفت در فرکانس های بالا عملکرد بهتری دارند که به کیفیت جوش بالاتر در برخی مواقع منجر میشود.
به طور کلی، مزایای اینورترهای ماسفت شامل حجم و وزن کم، راندمان بالا، طراحی مدار ساده تر و قیمت پایین تر در مقایسه با IGBT است، که آن ها را برای جوشهای سبک و خانگی و کارگاه های کوچک مناسب می سازد.

معایب اینورتر ماسفت

تحمل ولتاژ و جریان پایین تر نسبت به IGBTها، مهم ترین محدودیت آن ها است که باعث می شود اینورترهای ماسفت برای جوش های سنگین و صنعتی با جریان های بالا و مواد ضخیم مناسب نباشند. همچنین، ماسفت ها در مقایسه با IGBTها، حساسیت بیشتری به اضافه بار و شرایط کاری سخت دارند و ممکن است در صورت استفاده نادرست یا در شرایط نامساعد، آسیب پذیرتر باشند. راندمان آن ها در توان های بالا نیز ممکن است به اندازه IGBTها نباشد.

مزایای استفاده از IGBT در اینورتر

تحمل ولتاژ و جریان بسیار بالا مهم ترین مزیت IGBTها است که امکان استفاده از آن ها در دستگاه های جوش با توان های خروجی بالا و جریان های جوش سنگین را فراهم می کند. قابلیت اطمینان بالا و مقاومت در برابر شرایط کاری سخت نیز از دیگر مزایای IGBTها است که آن ها را برای کاربردهای صنعتی و محیط های خشن مناسب می سازد. راندمان بالا در توان های بالا و افت ولتاژ پایین در حالت روشن IGBTها نیز به کاهش تلفات توان و بهبود کارایی دستگاه کمک می کند.

معایب استفاده از IGBT در اینورتر جوشکاری

سرعت سوئیچینگ پایین تر نسبت به ماسفت ها، یکی از معایب اصلی IGBTها است که منجر به افزایش حجم و وزن ترانسفورماتور و در نتیجه، بزرگ تر و سنگین تر شدن دستگاه میگردد. پیچیدگی بیشتر درایو گیت IGBTها نیز طراحی مدارهای کنترل را پیچیده تر و پرهزینه تر می کند. همچنین، اینورترهای IGBT قیمت بالاتری نسبت به اینورترهای ماسفت دارند.

عملکرد IGBTها در فرکانس های بالا نیز به خوبی ماسفت ها نیست و ممکن است در برخی جوشها با فرکانس بالا، محدودیت هایی ایجاد میکند. به طور کلی، معایب استفاده از IGBT در اینورتر شامل حجم و وزن بیشتر دستگاه، پیچیدگی بیشتر مدار کنترل، قیمت بالاتر و عملکرد ضعیف تر در فرکانس های بالا است، که آن ها را برای کاربردهای سبک و قابل حمل که قیمت و حجم دستگاه از اولویت بالایی برخوردار است، ممکن است گزینه عالی نسازد.

آموزشگاه فن آموزان مجری برگزاری دوره های تخصصی جوش و برش از جمله دوره آموزش جوشکاری آرگون ، آموزش جوشکاری Co2 ، آموزش جوشکاری برق و… با نظارت سازمان فنی حرفه ای می باشد. تمامی دوره ها با هدف آماده سازی کارآموزان برای ورود به بازار کا و اعطای مدرک بین المللی ارائه می شود.

اگر درباره دوره های جوش و برش سوالی دارید از کارشناسان ما بپرسید!

جهت دریافت مشاوره رایگان شماره موبایل خود را وارد کنید.

"*" فیلدهای الزامی را نشان می دهد

Hidden

صفحه

شماره تماس*

Phone

این فیلد برای اعتبار سنجی است و باید بدون تغییر باقی بماند .

دریافت مشاوره رایگان