IGBT và MOSFET: Ai là “ông hoàng” trong mạch biến tần, inverter?

Thứ Hai, 12/05/2025 Huỳnh Chí Diễn

Nội dung bài viết

👑 IGBT và MOSFET: Ai là “ông hoàng” trong mạch biến tần, inverter?

Mở bài: Trong thế giới inverter, linh kiện nào “nắm ngôi vương”?

Bạn đang thiết kế một mạch biến tần, hoặc muốn sửa, nâng cấp một inverter điện mặt trời, UPS, motor 3 pha?

Bạn băn khoăn:

Dùng IGBT hay MOSFET thì hiệu quả hơn?
Loại nào bền hơn, điều khiển dễ hơn, tiết kiệm điện hơn?
Có phải IGBT luôn dành cho công nghiệp, còn MOSFET chỉ dùng dân dụng?

Câu trả lời không hẳn đơn giản. Bài viết này sẽ:

So sánh IGBT vs MOSFET theo 5 tiêu chí kỹ thuật cốt lõi
Phân tích ưu – nhược điểm của mỗi loại khi dùng trong biến tần
Giúp bạn chọn linh kiện phù hợp nhất theo mục tiêu mạch

Từ khoá: IGBT vs MOSFET, chọn linh kiện cho inverter, so sánh IGBT và MOSFET biến tần

1. Hiểu đúng vai trò của linh kiện công suất trong biến tần

🔋 Biến tần (inverter) là gì?

Là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều (DC) thành xoay chiều (AC), có thể thay đổi tần số và điện áp đầu ra.

Ứng dụng:

Điều khiển tốc độ động cơ
Inverter điện mặt trời, UPS
Bếp từ, máy giặt inverter, điều hòa

🎯 Và linh kiện công suất đóng vai trò “bật/tắt” dòng điện hàng chục nghìn lần/giây → cần lựa chọn cực kỳ kỹ!

2. Tóm tắt lý thuyết: IGBT và MOSFET là ai?

✅ MOSFET

Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
Điều khiển bằng điện áp, tốc độ cực nhanh
Thích hợp cho tần số rất cao

✅ IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor
Kết hợp MOSFET + BJT
Điều khiển dễ, dẫn dòng lớn, chịu điện áp cao

📌 Cả hai đều được dùng trong inverter, tuỳ vào công suất và yêu cầu.

3. So sánh tổng quát: 5 tiêu chí để chọn “vua inverter”

Tiêu chí	MOSFET	IGBT
Tần số đóng ngắt	Rất cao (lên đến vài MHz)	Trung bình (~20-50kHz)
Dòng tải tối đa	5–100A (tuỳ loại)	25A–500A (công nghiệp)
Hiệu suất ở tần số cao	Rất tốt (thấp tổn hao switching)	Tổn hao tăng cao nếu tần số cao
Giá thành	Thấp hơn (dòng thấp – trung bình)	Cao hơn (dòng lớn – công suất cao)
Dễ điều khiển bằng MCU	Dễ (loại logic-level)	Cần driver riêng (15V)

4. Khi nào nên chọn MOSFET cho inverter?

🔹 Tốt nhất khi:

Inverter công suất nhỏ < 500W
Tần số chuyển mạch > 50kHz (PWM tốc độ cao)
Mạch điều khiển bằng vi điều khiển 3.3V hoặc 5V
Không gian bo mạch hạn chế

🛠 Ứng dụng phù hợp:

Biến tần cho LED driver
Inverter mini chạy từ pin
Mạch xung cao tần trong thiết bị y tế, RF

📌 Ưu điểm nổi bật: Hiệu suất cao, tổn hao thấp, dễ điều khiển

5. Khi nào nên chọn IGBT cho inverter?

🔹 Tốt nhất khi:

Biến tần công suất từ 1kW trở lên
Tải là động cơ 3 pha, mô-tơ cảm ứng
Cần ổn định dòng ra ở tần số 20-50kHz
Không quá khắt khe về kích thước mạch

🛠 Ứng dụng phù hợp:

Biến tần công nghiệp
Inverter điện mặt trời 1kW – 10kW
Bếp từ, máy hàn công suất lớn

📌 Ưu điểm nổi bật: Chịu dòng khỏe, dẫn ổn định, thích hợp tải nặng

6. Hiệu suất thực tế: Ai tiết kiệm điện hơn?

🔍 So sánh:

MOSFET: Tổn hao thấp khi đóng cắt nhanh → hiệu suất cao ở tải vừa
IGBT: Dẫn dòng ổn định hơn ở tải lớn → tổn hao thấp khi tải nặng

📊 Biểu đồ giả định:

Công suất tải	Hiệu suất MOSFET	Hiệu suất IGBT
100W	92%	85%
500W	89%	87%
1kW	82%	89%
5kW	70%	92%

✅ Kết luận: MOSFET tối ưu ở công suất nhỏ – IGBT tối ưu ở công suất lớn

7. Chi phí và độ bền – Đầu tư thông minh

MOSFET: Rẻ hơn, dễ mua, nhưng cần chọn đúng loại logic-level
IGBT: Đắt hơn, to hơn, nhưng rất bền nếu tản nhiệt tốt

📌 Mạch inverter công nghiệp vẫn ưu tiên IGBT do độ tin cậy cao và ít “toang” nếu quá dòng nhất thời

8. Ví dụ thực tế: So sánh 2 mạch inverter

💡 Mạch A: Inverter 300W – chạy LED chiếu sáng

Tần số PWM: 80kHz
Dòng tải: 1.5A
Sử dụng: 4x IRLZ44N (MOSFET)
Hiệu suất đo được: ~90%

🔧 Mạch B: Inverter 3kW – cấp điện mô-tơ 3 pha

Tần số PWM: 25kHz
Dòng tải: 18A liên tục
Sử dụng: 6x GT60M303 (IGBT)
Hiệu suất đo được: ~92%

📌 Rõ ràng: không thể dùng MOSFET thay cho IGBT ở mạch B

9. Cảnh báo sai lầm khi chọn sai linh kiện

❌ Dùng MOSFET cho mạch >1kW → quá tải, cháy bo

❌ Dùng IGBT ở mạch tần số 100kHz → nóng, tổn hao cao

❌ Không kiểm tra điện áp Gate → mạch không điều khiển nổi

❌ Thay linh kiện khác mã mà không tra datasheet → nổ như pháo Tết

10. Mẹo chọn nhanh theo nhu cầu

📌 Công suất < 500W – MOSFET
📌 Công suất 500W – 2kW – MOSFET (nếu chọn kỹ) hoặc IGBT nhỏ
📌 Công suất > 2kW – IGBT
📌 Tần số PWM > 50kHz – MOSFET bắt buộc

11. Gợi ý mã linh kiện phổ biến

Loại	Mã linh kiện	Dòng max	Điện áp	Tần số tối ưu
MOSFET	IRF540N	33A	100V	100–200kHz
MOSFET	IRLZ44N (logic)	47A	55V	100kHz
IGBT	IRG4PC50W	30A	600V	20–40kHz
IGBT	GT60M303	60A	600V	20–40kHz