MOSFET Vs. IGBT, Apa Perbedaannya Dan Mana Yang Lebih Baik?

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Efect Transistor) ataupun IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), saat ini merupakan komponen aktif pokok yang kini banyak digunakan dalam bidang Elektronika Daya yaitu Inverter, Trafo Las Inverter,  UPS (Uninterruptible Power Supply), SMPS (Switching Mode Power Supply) dan sistem pengendali daya, atau pengendali motor-motor besar di bidang industri.

Sebelum ada MOSFET Daya(Power MOSFET), peranti pensaklaran daya (Switching Device) masih didominasi transistor dimana yang dikatakan sulit dimatikan dan bekerja lambat. Kemudian muncul inovasi baru yaitu MOSFET sebagai peranti pensaklaran yang berkinerja lebih baik, baru kemudian lahirlah IGBT. Sekedar diketahui bahwa ada banyak jenis MOSFET, tapi jenis MOSFET yang bisa disandingkan dengan IGBT adalah MOSFET Daya yang didesain khusus untuk menangani tingkat daya yang signifikan.

IGBT muncul menyaingi MOSFET konvensional yang beroperasi pada tegangan tinggi dan rugi pada konduksi yang rendah. Para ahli telah berupaya selama bertahun-tahun supaya dapat membuat IGBT dapat bekerja seperti halnya MOSFET, namun memiliki kemampuan yang setara dengan transistor daya bipolar baik yang bekerja pada tegangan menengah maupun tegangan tinggi. Memang IGBT dibuat untuk menjadi pilihan alternatif dimana saat itu yang didominasi Mosfet daya dan Transistor Daya Bipolar.

Kelebihan dan Kekurangan MOSFET Vs. IGBT?

Perbedaan MOSFET dan IGBT

MOSFET dan IGBT menempuh langkah identik secara pemrosesan, tapi memiliki langkah berbeda dalam hal polaritas substratnya. Perbedaan langkah ini yang membuat struktur IGBT berbeda dengan MOSFET. IGBT memiliki struktur yang kompleks yang terdiri dari MOSFET KANAL-N dan Transistor NPN. Jika dilihat struktur dalam simbolnya, IGBT seperti hasil kawin silang antara Transistor Bipolar dan MOSFET. MOSFET memiliki 3 pin yaitu Gate (G), Drain (D) dan Source(S); sedangkan IGBT memiliki GATE yang ada pada MOSFET, serta Emitor dan Collector yang ada pada Transistor.

Dalam hal ini IGBT seperti mengambil 2 keuntungan dari MOSFET dan Transistor bipolar. Keuntungan dari MOSFET yang diambil IGBT yaitu memiliki impedansi masukan yang tinggi; dan tegangan saturasi yang rendah yang dimiliki Transistor.

Untuk bisa memahami apa kelebihan kekurangan IGBT dan MOSFET maka perlu melihat 3 hal mendasar dari keduanya sebagai Peranti Daya :

Berdasarkan Kemampuan/Rating

Kapasitansi masukan MOSFET dan IGBT tergantung kepada kemampuan arusnya, jadi kapasitansi ini bisa menjadi sedemikian besar sehingga rangkaian driver/pengemudi harus bisa mengisi dan membuang kapasitansi yang besar dengan cepat. Dalam hal ini IGBT menawarkan rating atau kemampuan arus ini yang lebih baik.

Berdasarkan Karakteristik

Supaya bisa tetap mempertahankan nilai resistansi yang lebih rendah maka oleh produsen IGBT dibuat memiliki kemampuan arus yang lebih rendah untuk type yang lebih cepat. Misalnya sebuah produsen International Rectifier menawarkan 3 tipe produknya yaitu yang berkarakter standar, cepat dan ultracepat. Hal ini karena menurut mereka bahwa kemampuan arus berbanding terbalik dengan kecepatan pensaklarannya, artinya jika kemampuan arus atau rating sebuah IGBT tinggi maka kecepatannya menjadi lebih rendah dan sebaliknya.

Rugi pensaklaran atau Switching losses pada MOSFET baik saat transisi menyambung dan memutus berlangsung sangat cepat. Sedangkan pada IGBT perlu dipertimbangkan antara kecepatan pensaklaran dan kemampuan arus, tipe yang lebih cepat akan mengalami rugi konduksi yang lebih tinggi. Waktu pensaklaran pada IGBT didominasi pada saat menyambung, jadi secara mendasar IGBT membatasi penggunaan pada sistim yang beroperasi pada kecepatan pensaklaran yang lebih rendah dari 100Khz.

Berdasarkan Rating tegangan dan tegangan drop

Rugi konduksi pada MOSFET dan IGBT dinyatakan dalam bentuk tegangan drop, yaitu tegangan yang ada pada kedua ujung pada kedua komponen itu pada saat pensaklaran menyambung. Pada MOSFET saat kondisi menyambung kemampuan arus dan resistansinya naik secara eksponensial terhadap rating tegangannya. Sedangkan pada IGBT lebih mampu untuk mempertahankan rugi konduksi tegangan disemua rating tegangan, yang dinyatakan dalam besaran tegangan emitor – collector jenuh daripada resistansi saat menyambung.

Jadi IGBT memiliki kerugian yang lebih rendah dalam kondisi menyambung.  Akan tetapi tipe IGBT yang ultra-fast memiliki kerugian konduksi saat menyambung yang lebih tinggi.

Namun demikian diantara kekurangan dan kelebihan antara MOSFET dan IGBT diatas, tetapi  produsen tidak tinggal diam untuk mendapatkan drop tegangan maju yang lebih rendah pada produknya. Dalam perkembangannya mereka menciptakan kemasan-kemasan baru yang bisa menampung luas silikon yang lebih besar dalam peranti yang sama, dimana yang dapat memuat kemampuan arus keluarannya yang lebih besar hingga 50% pada IGBT. Sementara hasil pengembangan ini pada MOSFET, misalnya mampu menurunkan nilai resistansi pada saat menyambung hingga 30% atau lebih.

Jadi semuanya akan kembali kepada perancang suatu perangkat elektronika daya yang bekerja pada sistem pensaklaran kecepatan tinggi dengan cermat memilih mana dari kedua komponen ini yang cocok untuk ia aplikasikan.

MOSFET dan IGBT Dalam Kemajuannya :

MOSFET:

• Kecepatan switching yang makin meningkat
• Peningkatan kinerja, yang membutuhkan lebih sedikit daya dari pengemudi.
• Menurunkan kapasitansi umpan balik Gate ke Drain
• Impedansi termal yang lebih rendah, dimana memungkinkan disipasi daya yang jauh lebih baik
• Waktu naik dan turun yang lebih rendah, dimana memungkinkan frekuensi switching yang lebih tinggi

IGBT:

• Teknik produksi yang lebih baik, sehingga semakin murah
• Peningkatan ketahanan terhadap beban berlebih
• Peningkatan pembagian arus paralel
• Bentuk gelombang turn-on dan turn -off yang lebih cepat dan lebih halus
• Menurunkan kerugian on-state dan switching
• Impedansi termal yang lebih rendah
• Menurunkan kapasitansi masukan

Demikian pembahasan mengenai MOSFET dan IGBT, kelebihan kekurangan? Semoga bisa menambah pengetahuan dibidang elektronika mengenai kedua komponen yang sangat populer di elektronika daya. Dua jenis komponen yang bersaing dalam penggunaannya yang sangat penting khususnya pada perangkat yang bekerja mengandalkan sistim pensaklaran elektronik seperti pada Inverter, UPS dan SMPS.