So sánh MOSFET và IGBT — Tần số, điện áp, dòng, ứng dụng

Tóm tắt nhanh

MOSFET vượt trội ở điện áp thấp (<200 V) và tần số cao (>200 kHz): R_ds(on) thấp, chuyển mạch nhanh (ns). IGBT tốt hơn ở điện áp cao (>400 V) và dòng lớn: V_ce(sat) ~1,5–2 V gần như không đổi theo điện áp. Quy tắc thực tế: nguồn xung 12–48 V → MOSFET; biến tần 380 V/motor → IGBT; vùng 150–400 V phụ thuộc tần số.

Bảng so sánh MOSFET và IGBT

Tiêu chí	MOSFET	IGBT
Điều khiển	Điện áp V_gs	Điện áp V_ge
Điện áp làm việc	<200 V tối ưu, có đến 1200 V	600–6500 V
Dòng điện	Cao (đến 400 A module), tốt ở dòng nhỏ	Rất cao (đến 3600 A module)
Tổn thất dẫn (thấp V)	I²×R_ds(on) — rất thấp ở V thấp	V_ce(sat)×I — cao hơn ở V thấp
Tổn thất dẫn (cao V)	R_ds(on) tăng mạnh (∝V_br^2,5)	V_ce(sat) ~1,5–2 V gần như hằng số
Tốc độ chuyển mạch	Rất nhanh (ns, MHz)	Chậm hơn do tail current (µs, <100 kHz)
Tổn thất chuyển mạch	Thấp (tần số cao)	Cao hơn (tail current khi tắt)
Điện áp điều khiển gate	10–15 V (standard), 4,5 V (logic)	15 V (mở), −5 đến −15 V (tắt chắc)
Giá thành (cùng thông số)	Rẻ hơn ở V thấp	Rẻ hơn ở V/I cao

Ranh giới lựa chọn theo điện áp và tần số

Điện áp DC bus:
  < 150 V:  MOSFET luôn tốt hơn
  150–400 V: Phụ thuộc tần số:
             f > 100 kHz → MOSFET (tổn thất chuyển mạch IGBT quá cao)
             f < 20 kHz  → IGBT (tổn thất dẫn MOSFET tăng cao)
             f = 20–100 kHz → so sánh từng trường hợp
  > 400 V:  IGBT gần như luôn tốt hơn (đến khi SiC MOSFET rẻ hơn)

Ví dụ thực tế — chọn linh kiện

Ứng dụng	Điện áp	Tần số	Chọn	Mã gợi ý
Nguồn xung laptop 65 W	400 V DC	100 kHz	MOSFET	SPP11N60C3
Motor DC 12 V PWM	12 V	20 kHz	MOSFET	IRLZ44N
Biến tần 3 pha 1,5 kW (380 V)	540 V DC	8 kHz	IGBT	IRG4PC50W
UPS 1 kVA	400 V DC	20 kHz	IGBT	GT30J322
Solar inverter 5 kW	400 V DC	20 kHz	IGBT hoặc SiC	FGA25N120 / C3M0065090D
Buck converter 48→12 V, 20 A	48 V	200 kHz	MOSFET	AON7524 (30 V)

SiC MOSFET — tương lai?

SiC MOSFET kết hợp tốt nhất của MOSFET (tốc độ, V_gs điều khiển) và IGBT (chịu áp cao, nhiệt tốt). Tuy nhiên giá vẫn cao gấp 5–15× Si IGBT (năm 2025). SiC đang thay thế IGBT trong xe điện (Tesla, BYD), solar inverter hiệu suất cao >98%, và sạc nhanh DC. Trong vài năm tới, khi giá SiC giảm, sẽ thay thế IGBT ở nhiều phân khúc.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao biến tần dùng IGBT thay vì MOSFET?

Biến tần 3 pha 380 V có DC bus ≈ 540 V. MOSFET 600 V ở 540 V có R_ds(on) rất cao (do R_on ∝ V_br^2.5). Ví dụ IRF840 (500 V/8 A): R_ds(on) = 0,85 Ω → tổn thất 30 A × 0,85 Ω = 765 W — không thực tế. IGBT G4PC50W (600 V/55 A): V_ce(sat) = 1,95 V → tổn thất 30 A × 1,95 V = 58,5 W — hoàn toàn chấp nhận được.

MOSFET 600 V có thể thay IGBT trong biến tần không?

Switching loss và conduction loss là gì?

Dead time trong mạch H-bridge là gì và ảnh hưởng thế nào?

Khi nào nên dùng SiC MOSFET thay vì Si IGBT?

Thuật ngữ liên quan

MOSFET là gì? N-channel, P-channel và ứng dụng IGBT là gì? Dùng trong biến tần và UPS Transistor là gì? NPN, PNP và ứng dụng Mạch công suất là gì? H-Bridge và biến tần mini