Igbt

IGBT es una forma corta de transistor bipolar de puerta aislada, combinación de transistor de unión bipolar (BJT) y transistor de efecto de campo de óxido metálico (MOS-FET). Es un dispositivo semiconductor que se utiliza para cambiar aplicaciones relacionadas.

Como IGBT es una combinación de MOSFET y Transistor, tiene ventajas tanto de los transistores como del MOSFET. MOSFET tiene ventajas de alta velocidad de conmutación con alta impedancia y, por otro lado, BJT tiene la ventaja de alta ganancia y bajo voltaje de saturación, ambos están presentes en el transistor IGBT. IGBT es un semiconductor controlado por voltaje que permite grandes corrientes de colector-emisor con un impulso de corriente de puerta casi nulo.

Como se discutió, IGBT tiene las ventajas de los MOSFET y BJT, IGBT tiene una puerta aislada igual que los MOSFET típicos y las mismas características de transferencia de salida. Aunque BJT es un dispositivo controlado por corriente, pero para el IGBT, el control depende del MOSFET, por lo que es un dispositivo controlado por voltaje, equivalente a los MOSFET estándar.

Circuito y símbolo equivalentes de IGBT

En la imagen de arriba se muestra el circuito equivalente de IGBT. Es la misma estructura de circuito utilizada en Darlington Transistor donde dos transistores están conectados exactamente de la misma manera. Como podemos ver en la imagen de arriba, IGBT combina dos dispositivos, MOSFET de canal N y transistor PNP. El MOSFET de canal N está impulsando el transistor PNP. Un pin out de BJT estándar incluye colector, emisor, base y un pin out de MOSFET estándar incluye Gate, Drain y Source. Pero en el caso de los pines del transistor IGBT, es la puerta, que proviene del MOSFET de canal N, y el colector y el emisor provienen del transistor PNP.

En el transistor PNP, el colector y el emisor es la ruta de conducción y cuando el IGBT está encendido, se conduce y lleva la corriente a través de él. Esta ruta está controlada por el MOSFET de canal N.

En el caso del BJT, calculamos la ganancia que se denota como Beta (

En la imagen de arriba, se muestra el símbolo de IGBT. Como podemos ver, el símbolo incluye la parte del emisor del colector de Transistor y la parte de la puerta del MOSFET. Los tres terminales se muestran como puerta, colector y emisor.

Cuando está en modo de conducción o en modo " ON ", la corriente fluye del colector al emisor. Lo mismo sucede con el transistor BJT. Pero en el caso de IGBT hay Gate en lugar de base. La diferencia entre el voltaje de la puerta al emisor se llama Vge y la diferencia de voltaje entre el colector y el emisor se llama Vce.

La corriente del emisor (Ie) es casi la misma que la corriente del colector (Ic), Ie = Ic. Como el flujo de corriente es relativamente el mismo tanto en el colector como en el emisor, el Vce es muy bajo.

Obtenga más información sobre BJT y MOSFET aquí.

Aplicaciones de IGBT:

IGBT se utiliza principalmente en aplicaciones relacionadas con la energía. Los BJT de potencia estándar tienen propiedades de respuesta muy lenta, mientras que los MOSFET son adecuados para aplicaciones de conmutación rápida, pero MOSFET es una opción costosa donde se requiere una clasificación de corriente más alta. IGBT es adecuado para reemplazar BJT de potencia y MOSFET de potencia.

Además, IGBT ofrece una resistencia 'ON' más baja en comparación con los BJT y, debido a esta propiedad, el IGBT es térmicamente eficiente en aplicaciones relacionadas con alta potencia.

Las aplicaciones de IGBT son amplias en el campo de la electrónica. Debido a la baja resistencia, clasificación de corriente muy alta, alta velocidad de conmutación, accionamiento de puerta cero, los IGBT se utilizan en el control de motores de alta potencia, inversores, fuente de alimentación de modo conmutado con áreas de conversión de alta frecuencia.

En la imagen de arriba, se muestra la aplicación de conmutación básica usando IGBT. El RL es una carga resistiva conectada a tierra a través del emisor del IGBT. La diferencia de voltaje en la carga se indica como VRL. La carga también puede ser inductiva. Y en el lado derecho se muestra un circuito diferente. La carga está conectada a través del colector donde como una resistencia de protección de corriente está conectada a través del emisor. La corriente fluirá de colector a emisor en ambos casos.

En el caso de BJT, necesitamos suministrar corriente constante a través de la base del BJT. Pero en el caso del IGBT, al igual que el MOSFET, necesitamos proporcionar un voltaje constante a través de la puerta y la saturación se mantiene en un estado constante.

En el caso de la izquierda, la diferencia de voltaje, VIN, que es la diferencia de potencial de la entrada (puerta) con el suelo / VSS, controla la corriente de salida que fluye desde el colector al emisor. La diferencia de voltaje entre VCC y GND es casi la misma en toda la carga.

En el circuito del lado derecho, la corriente que fluye a través de la carga depende del voltaje dividido por el valor RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

El aislamiento de transistor bipolar de puerta (IGBT) se puede cambiar ' EN ' y ' OFF ' mediante la activación de la puerta. Si hacemos que la puerta sea más positiva aplicando voltaje a través de la puerta, el emisor del IGBT mantiene el IGBT en su estado " ON " y si hacemos que la puerta sea negativa o empuje cero, el IGBT permanecerá en el estado " OFF ". Es lo mismo que la conmutación BJT y MOSFET.

Características de transferencia y curva IGBT IV

En la imagen de arriba, las características de IV se muestran dependiendo de los diferentes voltajes de puerta o Vge. El eje X denota voltaje del emisor del colector o Vce y el eje Y denota la corriente del colector. Durante el estado apagado, la corriente que fluye a través del colector y el voltaje de la puerta es cero. Cuando cambiamos el Vge o el voltaje de la puerta, el dispositivo entra en la región activa. El voltaje estable y continuo a través de la puerta proporciona un flujo de corriente continuo y estable a través del colector. El aumento de Vge aumenta proporcionalmente la corriente del colector, Vge3> Vge2> Vge3. BV es el voltaje de ruptura del IGBT.

Esta curva es casi idéntica a la curva de transferencia IV de BJT, pero aquí se muestra Vge porque IGBT es un dispositivo controlado por voltaje.

En la imagen de arriba, se muestra la característica de transferencia de IGBT. Es casi idéntico a PMOSFET. El IGBT pasará al estado " ENCENDIDO " después de que Vge sea ​​mayor que un valor umbral según la especificación del IGBT.

Aquí hay una tabla de comparación que nos dará una imagen clara de la diferencia entre IGBT con POWER BJT y Power MOSFET.

Características del dispositivo	IGBT	MOSFET de potencia	PODER BJT
Voltaje
Valoración actual
Dispositivo de entrada
Impedancia de entrada
Impedancia de salida
Velocidad de conmutación
Costo

En el siguiente video, veremos el circuito de conmutación del transistor IGBT.