MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) dan IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) adalah dua komponen semikonduktor yang sering digunakan untuk aplikasi switching dan pengendalian daya. Kedua komponen elektronika daya ini memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing, sehingga pemilihan yang tepat sangat bergantung pada kebutuhan aplikasi.
Perbedaan MOSFET dan IGBT: Kapan Harus Menggunakannya?
1. MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)
MOSFET adalah salah satu jenis komponen semikonduktor yang memanfaatkan medan listrik untuk mengatur aliran arus listrik. Komponen ini memiliki tiga terminal utama, yaitu Gate (G), Drain (D), dan Source (S). MOSFET sering diaplikasikan dalam rangkaian berfrekuensi tinggi seperti catu daya,
penguat frekuensi radio (RF amplifier), serta pengendali motor DC.
Cara Kerja MOSFET
Saat tegangan diterapkan pada terminal Gate MOSFET, akan terbentuk medan listrik yang memengaruhi kemampuan penghantaran arus antara terminal Drain dan Source. Medan listrik ini memungkinkan terbentuknya saluran konduksi antara Drain ke Source. Besarnya tegangan pada Gate menentukan seberapa besar arus yang dapat mengalir. Oleh karena itu, MOSFET berfungsi baik sebagai komponen saklar maupun sebagai penguat dalam sistem elektronik.
Jenis MOSFET
- Enhancement Mode
MOSFET jenis ini tidak menghantarkan arus saat tidak ada tegangan di terminal Gate. Dalam keadaan tanpa tegangan Gate, saluran konduksi belum terbentuk, sehingga MOSFET dalam kondisi OFF. Tegangan Gate yang cukup besar diperlukan untuk mengaktikan saluran konduksi. Setelah tegangan Gate diberikan, saluran terbentuk dan arus mulai mengalir. Pada umumnya, Enhancement Mode MOSFET digunakan dalam aplikasi switching karena sifatnya yang non-konduktif secara default.
- Depletion Mode
MOSFET jenis ini menghantarkan arus meskipun tidak ada tegangan di terminal Gate. Dalam kondisi default tanpa tegangan Gate, saluran konduksi sudah terbentuk, sehingga MOSFET dalam kondisi ON. Memberikan tegangan negatif (untuk tipe N) atau positif (untuk tipe P) di Gate akan menghambat aliran arus. Tegangan Mode yang cukup besar dapat mematikan konduktivitas saluran tersebut. Depletion Mode MOSFET cocok digunakan untuk aplikasi di mana konduktivitas perlu dikurangi, bukan ditingkatkan.
Kelebihan MOSFET
- Switching sangat cepat
MOSFET mampu melakukan switching dalam skala waktu nanodetik, sehingga sangat efisien untuk aplikasi tinggi.
- Tidak memerlukan arus gate yang besar
MOSFET tidak membutuhkan arus besar untuk mengaktifkan Gate, karena pengendaliannya berbasis tegangan, sehingga konsumsi dayanya lebih rendah.
- Lebih murah untuk aplikasi daya rendah
Untuk rangkaian dengan kebutuhan daya rendah hingga menengah, MOSFET lebih ekonomis dibandingkan dengan IGBT, baik dari segi harga maupun efisiensi.
Kekurangan MOSFET
- Dissipasi konduksi tinggi pada tegangan besar
Saat digunakan pada tegangan tinggi, resistansi ON pada MOSFET menyebabkan kehilangan daya yang signifikan.
- Tidak cocok untuk arus sangat tinggi
MOSFET kurang efisien dalam menangani arus besar karena keterbatasan kemampuan daya hantar dan meningkatnya panas yang dihasilkan.
2. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
IGBT adalah perpaduan antara BJT (Bipolar Junction Transistor) dan MOSFET, menggabungkan kelebihan dari keduanya. IGBT memiliki tiga terminal, yaitu Gate (G), Collector (C), dan Emitter (E). Transistor ini sering digunakan dalam aplikasi daya tinggi seperti inverter, motor drive, dan sistem tenaga listrik.
Cara Kerja IGBT
IGBT bekerja dengan prinsip pengendalian tegangan pada terminal Gate, mirip seperti MOSFET. Namun, struktur internalnya mengadopsi karakteristik BJT, sehingga memungkinkan IGBT menangani arus dan tegangan tinggi dengan lebih efisien. Kombinasi ini menjadikan IGBT sangat cocok digunakan dalam aplikasi daya besar seperti inverter, sistem penggerak motor, dan konversi energi. Salah satu keunggulan utama IGBT adalah resistansi ON-nya yang rendah, sehingga dapat membantu untuk mengurangi kehilangan daya saat konduksi. Selain itu, IGBT juga memiliki kemampuan switching yang baik meskipun beroperasi pada tegangan tinggi. Hal ini membuatnya sangat efisien dan andal untuk digunakan dalam sistem elektronik yang membutuhkan kontrol daya cepat dan presisi.
Kelebihan IGBT
- Efisiensi tinggi pada tegangan & arus besar
IGBT unggul dalam aplikasi tegangan tinggi dan arus besar karena desain internalnya yang menggabungkan MOSFET dan BJT.
- Dissipasi konduksi rendah
IGBT memiliki resistansi ON yang rendah saat konduksi, sehingga menghasilkan lebih sedikit panas dan energi yang terbuang.
- Tahan terhadap lonjakan tegangan
Kemampuan IGBT untuk menahan spike atau lonjakan tegangan tinggi membuatnya lebih aman dalam sistem industri yang fluktuatif.
Kekuranan IGBT
- Swirching lebih lambat
Kecepatan switching IGBT berada pada skala mikrodetik, sehingga kurang cocok untuk aplikasi dengan frekuensi tinggi.
- Lebih mahal daripada MOSFET daya rendah
IGBT umumnya memiliki harga yang lebih mahal, terutama jika dibandingkan dengan MOSFET yang ditujukan untuk penggunaan pada daya rendah hingga menengah.
Baca juga : Aktuator Motor DC dengan Gearbox: Keunggulan dan Cara Penggunaannya
Perbedaan Struktur dan Prinsip Kerja
- Sruktur MOSFET
MOSFET memiliki struktur sederhana yang terdiri dari channel semikonduktor, biasanya silikon yang dikendalikan oleh medan listrik melalui terminal Gate. Strukturnya hanya melibatkan satu junction antara Drain dan Source. Tidak terdapat lapisan PNP atau NPN seperti pada transistor bipolar atau IGBT, sehingga MOSFET bekerja sepenuhnya berdasarkan medan listrik tanpa kontribusi injeksi muatan pembawa mayoritas dari lapisan lain.
- Struktur IGBT
IGBT adalah perangkat hibrida yang menggabungkan struktur MOSFET di bagian input dan struktur BJT di bagian output. Strukturnya terdiri dari empat lapisan semikonduktor N-P-N-P, dengan lapisan PNP yang berperan penting dalam konduksi arus besar. Dengan kombinasi ini, IGBT mampu menghantarkan arus tinggi secara efisien dan memiliki resistansi ON yang lebih rendah jika dibandingkan dengan MOSFET, terutama pada aplikasi tegangan tinggi.
- Prinsip Switching
MOSFET memiliki kecepatan switching yang sangat tinggi, bahkan dapat bekerja dalam skala waktu nanodetik, sehingga cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi di atas 100 kHz. Namun, pada tegangan tinggi, MOSFET cenderung mengalami dissipasi daya konduksi yang lebih besar. Sedangkan IGBT memiliki kecepatan switching yang lebih lamat, biasanta dalam waktu mikrodetik, tetapi lebih efisien saat menangani tegangan tinggi di atas 600V dan arus besar. Dissipasi switching pada IGBT lebih rendah jika dibandingkan dengan MOSFET saat mengalirkan arus besar, sehingga lebih cocok digunakan dalam sistem daya menengah hingga tinggi.
Karakteristik Teknis MOSFET dan IGBT
Kapan Menggunakan MOSFET?
MOSFET adalah pilihan yang cocok untuk aplikasi yang memerlukan kecepatan switching sangat tinggi, terutama di atas 100 kHz. Penggunaannya sangat umum dalam perangkat seperti switch-mode power supply (SMPS), pengendali motor brushless DC, dan amplifier frekuensi radio (RF), karena karakteristik switching-nya yang cepat dan efisien. MOSFET juga lebih optimal digunakan pada sistem dengan tegangan rendah hingga menengah, biasanya di bawah 250 Volt. Efisiensinya sangat baik pada kondisi switching cepat dan beban yang bersifat resistif atau kapasitif. Oleh karena itu, MOSFET banyak dijumpai dalam berbagai perangkat elektronik seperti power supply komputer (DC-DC converter), driver LED, dan sistem audio kelas D yang membutuhkan respon yang cepat dan efisiensi tinggi dalam pengelolaan daya.
Kapan Menggunakan IGBT?
IGBT lebih unggul dalam menangani aplikasi bertegangan tinggi, khususnya di atas 600 Volt, serta arus besar dengan efisiensi termal yang baik. Komponen ini sering digunakan dalam sistem konversi daya besar seperti inverter tenaga surya, penggerak motor industri, dan mesin las listrik. IGBT tetap efisien pada frekuensi sedang, yaitu antara beberapa kilohertz hingga 20 kHz. Selain itu, IGBT sangat cocok untuk sistem yang memerlukan dissipasi konduksi rendah dan kemampuan penghantaran arus besar secara stabil. Contoh aplikasi umum IGBT mencakup variable frequency drives (VFD), sistem tenaga kendaraan listrik (EV powertrain), serta uninterruptible power supply (UPS) yang membutuhkan kestabilan dan efisiensi tinggi dalam skala industri.
Baca juga : Komponen Elektronika yang Wajib Dimiliki untuk Belajar Otodidak
Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?
Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!
0 Komentar