Transistor lưỡng cực là loại transistor công suất duy nhất được sử dụng cho đến khi MOSFET ra đời vào đầu những năm 1970. BJT đã trải qua những cải tiến quan trọng về hiệu suất điện kể từ khi ra đời vào cuối năm 1947 và vẫn được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử. Transistor lưỡng cực có đặc điểm tắt tương đối chậm và có  hệ số nhiệt độ âm, có thể dẫn đến hiện tượng đánh thủng thứ cấp. Tuy nhiên, MOSFET là thiết bị được điều khiển điện áp chứ không phải được điều khiển dòng điện. Nó có hệ số nhiệt độ dương đối với điện trở ngăn chặn sự thoát nhiệt và kết quả là không xảy ra đánh thủng thứ cấp. Sau đó, IGBT xuất hiện vào cuối những năm 1980. IGBT về cơ bản là sự kết hợp giữa transistor lưỡng cực và MOSFET và cũng được điều khiển bằng điện áp giống như MOSFET

Định nghĩa

MOSFET

Đối với các dòng thiết bị máy hàn điện tử được trang bị công nghệ MOSFET, chúng sẽ đều có cấu tạo chung bao gồm 3 phần được phân chia trên 3 bo mạch khác nhau và mỗi bo mạch sẽ có cho mình một nhiệm vụ riêng biệt bao gồm chuyển đổi dòng điện từ 220V sang điện 1 chiều, điều chỉnh dòng điện và sau cùng là tinh chỉnh đầu ra của dòng điện (hay còn có một tên gọi khác thân thuộc hơn đó là điều chỉnh dòng hàn)

IGBT

Công nghệ hàn điện tử IGBT là một mạch điện có cấu tạo bao gồm các transistor sở hữu cực điều khiển cách ly được tạo nên bởi những linh kiện bán dẫn công suất 3 cực. Một đặc điểm nổi bật của các transistor có trong mạch IGBT là chúng sở hữu khả năng đóng cắt nhanh của công nghệ hàn MOSFET, cũng như có khả năng chịu tải lớn hơn nhiều so với các transistor thông thường, nhằm hạn chế những sự cố ngoài ý muốn có thể xảy ra trong quá trình vận hành của các thiết bị hàn.
Sở dĩ công nghệ hàn IGBT rất được ưa chuộng trong khoảng thời gian gần đây chính là do bản chất của nó là một phần tử được điều khiển bằng điện áp, chính vì vậy, nó yêu cầu mức công suất điều khiển rất nhỏ. Bên cạnh đó, IGBT còn cho phép người sử dụng thoải mái đóng/ngắt bằng cách đặt điện áp điều khiển lên hai cực G và E.

Điểm khác biệt chính

• IGBT có thiết bị đầu cuối là bộ phát, bộ thu và cổng; MOSFET được cấu tạo từ cổng, nguồn và cực thu.
• IGBT có khả năng xử lý điện năng tốt hơn MOSFET.
• MOSFET không được cấu tạo từ các mối nối P-N như IGBT.
• IGBT có mức điện áp giảm ở phía trước thấp hơn so với MOSFET.

Sự khác nhau giữa IGBT và MOSFET chi tiết có ở bảng sau:

Ưu và nhược điểm

MOSFET

• Ưu điểm của máy hàn công nghệ MOSFET

- Các thiết bị máy hàn được trang bị công nghệ MOSFET có tuổi thọ làm việc lâu dài hơn so với các dòng thiết bị máy hàn truyền thống.
- Sở hữu khả năng vận hành với cường độ dòng điện và tần suất cao hơn so với các thiết bị máy hàn công nghệ IGBT.
- Giá thành rẻ, dễ thay thế và sửa chữa.

• Nhược điểm của máy hàn công nghệ MOSFET

- Khả năng chịu tải kém hơn so với các thiết bị máy hàn được trang bị công nghệ IGBT.

IGBT

• Ưu điểm của máy hàn công nghệ IGBT

- Cho phép việc đóng cắt dễ dàng, chức năng điều khiển nhanh chóng
- Chịu áp lớn hơn MOS, thường là 600 V tới 1.5 kV,  một số loại lớn hơn thì hơi đặc biệt.
- Tải dòng lớn, cỡ xấp xỉ 1 kA. Sụt áp nhỏ và điều khiển bằng áp.
- Tiết kiệm điện năng hơn so với máy hàn MOSFET.

• Nhược điểm của máy hàn công nghệ IGBT

- Tuy có những ưu điểm nổi bật như trên nhưng công nghệ này cũng tồn tại một số hạn chế đáng lưu tâm
- Tần số thấp hơn so với MOSFET. Với các ứng dụng cần tần số cao áp 400 V thì MOSFET vẫn được ưu tiên hơn. Nếu IGBT hoạt động ở tần số cao thì sụt áp sẽ lớn hơn.
- Công suất vừa và nhỏ.
- Giá thành cao hơn so với các linh kiện khác như MOSFET.

Tổn hao dẫn/chuyển mạch

Đây là một vấn đề kỹ thuật rất quan trọng.

Với MOSFET, tổn hao dẫn thường liên quan tới:

P ≈ I² × RDS(on)

Trong khi IGBT thường được đánh giá thông qua:

VCE(sat)

Có thể hiểu đơn giản rằng khi IGBT dẫn, điện áp rơi trên Collector-Emitter là một trong những yếu tố quyết định tổn hao.

Ví dụ:

Nếu:

VCE(sat) = 2V

và dòng điện:

I = 20A

thì công suất tổn hao dẫn lý tưởng hóa có thể hình dung:

P ≈ 2 × 20 = 40W

Thực tế phức tạp hơn vì VCE(sat) thay đổi theo dòng điện, nhiệt độ và điều kiện điều khiển Gate.

Trong mạch inverter, không thể chỉ nhìn vào tổn hao khi transistor ở trạng thái ON.

Mỗi lần transistor chuyển:

OFF → ON

hoặc:

ON → OFF

đều có một khoảng thời gian mà điện áp và dòng điện cùng tồn tại ở mức đáng kể.

Điều này tạo ra tổn hao khi chuyển mạch.

Công suất switching có thể được mô hình hóa đơn giản:

Psw ≈ Esw × fs

Trong đó:

• Psw: tổn hao chuyển mạch.
• Esw: năng lượng tổn hao trong mỗi chu kỳ.
• fs: tần số đóng cắt.

Khi tần số tăng, tổn hao switching có xu hướng tăng.

Đây là lý do MOSFET thường có lợi thế trong các mạch switching ở tần số rất cao.

Chọn lựa chính xác

Sở dĩ công nghệ hàn IGBT rất được ưa chuộng trong khoảng thời gian gần đây chính là do bản chất của nó là một phần tử được điều khiển bằng điện áp, chính vì vậy nên nó yêu cầu mức công suất điều khiển rất nhỏ. Thiết bị máy hàn điện tử được trang bị công nghệ IGBT sẽ là sự lựa chọn phù hợp nhất dành cho bạn vì còn cho phép người sử dụng thoải mái đóng/ngắt bằng cách đặt điện áp điều khiển lên hai cực G và E.

Ngược lại, nếu như bạn cần phải thường xuyên đáp ứng các công việc hàn ghép nối yêu cầu mức tần số lớn cùng với các mạch nguồn điều biến độ rộng xung thì lúc này MOSFET sẽ là phương án hợp lý hơn cả.