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Transistores IGBT

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by

Dániver Guerrero Martínez

on 9 October 2012

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Transcript of Transistores IGBT

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL TRANSISTORES IGBT QUÉ ES UN TRANSISTOR IGBT El transistor bipolar de puerta aislada(Insulated Gate Bipolar Transistor) Es un dispositivo semiconductor que se aplica como interruptor controlado en circuitos electrónicos de potencia. Un transistor IGBT en su diseño interno está compuesto por un transistor bipolar de unión BJT y un transistor MOSFET. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. El IGBT tiene la salida de conmutación y de conducción con las características de los transistores bipolares, pero es controlado por tensión como un MOSFET. Esto significa que tiene las ventajas de la alta capacidad de manejo de corriente propias de un transistor bipolar, con la facilidad del control de conducción por tensión que ofrece un MOSFET. FUNCIONAMIENTO Cuando se le es aplicado un voltaje VGE a la puerta, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente de colector IC es conducida y el voltaje VC se va desde el valor de bloqueo hasta cero. La corriente IC persiste para el tiempo de encendido en que la señal en la puerta es aplicada. Para encender el IGBT, el pin C debe ser polarizado positivamente con respecto al pin E. La señal de encendido es un voltaje positivo VGE que es aplicado a la puerta G. ESTRUCTURA Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. + = El IGBT es un dispositivo semiconductor de cuatro capas que se alternan (PNPN) que son controlados por un metal-óxido-semiconductor (MOS), lo que permite realizar conexiones como transistores PNP y NPN. El transistor IGBT cuenta con tres pines: Puerta (G), Emisor (E) y Colector (C). Este voltaje VG, aplicado como un pulso de 15 voltios, puede causar que el tiempo de encendido sea menor a 1 s, después de lo cual la corriente de colector IC es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante). Una vez encendido, el dispositivo se mantiene así por una señal de voltaje en el pin G. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación de potencia en la puerta es muy baja.

El IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG del pin G. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 microsegundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.

EL IGBT requiere un valor límite VGE para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa. Este es usualmente de 4 V. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ICmax Limitada por efecto Latch-up. (Un tipo particular de cortocircuito. Más específicamente es la creación inadvertida de una resistencia eléctrica entre el suministro de energía de un circuito MOSFET)

VGEmax Limitada por el espesor del óxido de silicio.

Se diseña para que cuando VGE = VGEmax la corriente de cortocircuito sea entre 4 a 10 veces la nominal (zona activa con VCE=Vmax) y pueda soportarla durante unos 5 a 10 us. y pueda actuar una protección electrónica cortando desde puerta.

VCEmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como α es muy baja, será VCEmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700, 2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV).

La temperatura máxima de la unión suele ser de 150ºC (con SiC se esperan valores mayores)

Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 kHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias energías como fuente conmutada y control de la tracción en motores. Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios.

Tiene la capacidad de manejo de corriente de un transistor bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutación de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electrónica de potencia es intermedio entre los tiristores y los mosfet. Maneja más potencia que los mosfet siendo más lento que ellos y más rápido respecto a los tiristores.

En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios kW y un par de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz. El IGBT es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. Se usan en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: Automóvil, Tren, Metro, Autobús, Avión, Barco, Ascensor, Electrodoméstico, Televisión, Domótica, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc. GRACIAS
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