Qué es IGBT: funcionamiento, características de conmutación, SOA, resistencia de puerta, fórmulas

Qué es IGBT: funcionamiento, características de conmutación, SOA, resistencia de puerta, fórmulas

IGBT significa Transistor Bipolar de Puerta Aislada , un semiconductor de potencia que incluye el características de un MOSFET alta velocidad, conmutación de puerta dependiente del voltaje, y las propiedades de resistencia mínima ON (voltaje de saturación bajo) de un BJT .

La Figura 1 muestra un circuito equivalente IGBT, donde un transistor bipolar trabaja con un arquitecto de puerta MOS, mientras que el circuito IGBT similar es en realidad una mezcla de un transistor MOS y un transistor bipolar.

Los IGBT, que prometen una velocidad de conmutación rápida junto con características de voltaje de saturación mínimas, se están utilizando en una amplia gama, desde aplicaciones comerciales como en unidades de aprovechamiento de energía solar y suministro de energía ininterrumpida (UPS), hasta campos electrónicos de consumo, como control de temperatura para estufas con calentador de inducción , equipos de aire acondicionado PFC, inversores y estroboscopios de cámaras digitales.



La Figura 2 a continuación revela una evaluación entre los diseños y atributos internos de IGBT, transistor bipolar y MOSFET. El marco fundamental del IGBT es el mismo que el de un MOSFET que tiene una capa p + colocada en la sección de drenaje (colector), y también una unión pn adicional.

Debido a esto, siempre que los portadores minoritarios (orificios) tienden a insertarse a través de la capa p + en la capa n con modulación de conductividad, la resistencia de la capa n se reduce drásticamente.

En consecuencia, el IGBT proporciona una reducción voltaje de saturación (resistencia ON más pequeña) en comparación con un MOSFET cuando se enfrenta a una gran corriente, lo que permite pérdidas de conducción mínimas.

Dicho esto, considerando que para la trayectoria del flujo de salida de los huecos, la acumulación de portadores minoritarios en los períodos de desactivación está prohibida debido al diseño particular del IGBT.

Esta situación da lugar a un fenómeno conocido como corriente de cola , donde el desvío se ralentiza. Cuando se desarrolla la corriente de cola, el período de conmutación se retrasa y se retrasa, más que el de un MOSFET, lo que da como resultado un aumento en las pérdidas de tiempo de conmutación durante los períodos de apagado del IGBT.

Índices absolutos máximos

Las especificaciones máximas absolutas son los valores designados para garantizar una aplicación segura y sólida de IGBT.

Cruzar estos valores máximos absolutos especificados, incluso momentáneamente, puede resultar en la destrucción o avería del dispositivo, por lo tanto, asegúrese de trabajar con IGBT dentro de las clasificaciones máximas tolerables como se sugiere a continuación.

Perspectivas de la aplicación

Incluso si los parámetros de aplicación recomendados, como la temperatura / corriente / voltaje de trabajo, etc., se mantienen dentro de las clasificaciones máximas absolutas, en caso de que el IGBT se someta con frecuencia a una carga excesiva (temperatura extrema, gran suministro de corriente / voltaje, cambios extremos de temperatura, etc.), la durabilidad del dispositivo podría verse seriamente afectada.

Características electricas

Los siguientes datos nos informan sobre las diversas terminologías y parámetros involucrados con IGBT, que normalmente se utilizan para explicar y comprender el funcionamiento de un IGBT en detalle.

Corriente del colector, disipación del colector : La Figura 3 muestra la forma de onda de temperatura de disipación del colector del IGBT RBN40H125S1FPQ. La disipación máxima tolerable del colector se muestra para varias temperaturas de carcasa diferentes.

La fórmula que se muestra a continuación se aplica en situaciones en las que la temperatura ambiente TC = 25 grados Celsius o más.

Pc = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c)

Para condiciones en las que la temperatura ambiente TC es = 25 lower o menos, la disipación del colector IGBT se aplica de acuerdo con su clasificación máxima absoluta.

La fórmula para calcular la corriente de colector de un IGBT es:

Ic = (Tjmax - Tc) / Rth (j - c) × VCE (sat)

Sin embargo, lo anterior es la fórmula general, es simplemente un cálculo dependiente de la temperatura del dispositivo.

La corriente de colector de los IGBT está determinada por su voltaje de saturación de colector / emisor VCE (sat), y también dependiendo de sus condiciones de corriente y temperatura.

Además, la corriente de colector (pico) de un IGBT se define por la cantidad de corriente que puede manejar, lo que a su vez depende de la forma en que está instalado y su confiabilidad.

Por esa razón, se recomienda a los usuarios que nunca excedan el límite máximo tolerable de IGBT mientras los utilizan en una aplicación de circuito determinada.

Por otro lado, incluso si la corriente del colector puede ser más baja que la clasificación máxima del dispositivo, podría verse restringida por la temperatura de unión de la unidad o el área de operación segura.

Por lo tanto, asegúrese de considerar estos escenarios al implementar un IGBT. Ambos parámetros, la corriente del colector y la disipación del colector generalmente se designan como las clasificaciones máximas del dispositivo.

Área de operación segura

los

La SOA de un IGBT consiste en una SOA de polarización directa y una SOA de polarización inversa, sin embargo, dado que el rango particular de valores podría diferir de acuerdo con las especificaciones del dispositivo, se recomienda a los usuarios que verifiquen los hechos equivalentes en la hoja de datos.

Área de operación segura de sesgo hacia adelante

La Figura 5 ilustra el área de operación segura de polarización directa (FBSOA) del IGBT RBN50H65T1FPQ.

La SOA se divide en 4 regiones según las limitaciones particulares, como se describe a continuación:

  • Área restringida por el IC (pico) de corriente de pulso del colector de mayor clasificación.
  • Área restringida por la región de disipación del colector
  • Zona restringida por avería secundaria. Recuerde que este tipo de mal funcionamiento hace que el área de operación segura de un IGBT se vuelva más estrecha, excepto cuando el dispositivo presenta un margen de avería secundario.
  • Área restringida por el voltaje máximo del colector al emisor, clasificación VCES.

Área de operación segura de polarización inversa

La Figura 6 demuestra el área de operación segura de polarización inversa (RBSOA) del IGBT RBN50H65T1FPQ.

Esta característica particular funciona de acuerdo con la SOA de polarización inversa del transistor bipolar.

Siempre que se suministre una polarización inversa, que no incluye polarización, a través de la puerta y el emisor del IGBT durante su período de apagado para una carga inductiva, encontramos un alto voltaje que se entrega al colector-emisor del IGBT.

Al mismo tiempo, una gran corriente se mueve constantemente como resultado del agujero residual.

Dicho esto, en este funcionamiento no se puede utilizar la SOA de polarización directa, mientras que se puede utilizar la SOA de polarización inversa.

La SOA de polarización inversa se divide en 2 áreas restringidas, como se explica en los siguientes puntos, eventualmente el área se establece validando los procedimientos de funcionamiento real del IGBT.

  1. Área restringida por la corriente pico máxima del colector Ic (pico).
  2. Área restringida por la clasificación máxima de ruptura de voltaje colector-emisor VCES. Observe que el IGBT puede dañarse si una trayectoria de operación de VCEIC específica se desvía de las especificaciones SOA del dispositivo.

Por eso, al diseñar un circuito basado en IGBT , se debe garantizar que la disipación y otros problemas de rendimiento cumplan con los límites recomendados, y también se deben tener en cuenta las características específicas y las constantes de ruptura del circuito relevantes para la tolerancia a la ruptura.

Por ejemplo, SOA de polarización inversa tiene una característica de temperatura que desciende a temperaturas extremas, y el lugar de funcionamiento de VCE / IC cambia de acuerdo con la resistencia de puerta Rg del IGBT y el voltaje de puerta VGE.

Por eso, es vital determinar los parámetros Rg y VGE con respecto al ecosistema de trabajo y el valor más bajo de resistencia de la puerta durante los períodos de apagado.

Además, un circuito amortiguador podría ser útil para controlar el VCE dv / dt.

Características estáticas

La Figura 7 indica las características de salida de IGBT RBN40H125S1FPQ. La imagen representa el voltaje colector-emisor mientras la corriente del colector pasa dentro de una situación de voltaje de puerta aleatoria.

El voltaje colector-emisor, que afecta la eficiencia de manejo de corriente y la pérdida durante la condición de encendido, varía según el voltaje de la puerta y la temperatura corporal.

Todos estos parámetros deben tenerse en cuenta al diseñar un circuito de controlador IGBT.

La corriente aumenta siempre que VCE alcanza los valores de 0,7 a 0,8 V, aunque esto se debe a la tensión directa de la unión PN colector-emisor PN.

La Figura 8 demuestra el voltaje de saturación del colector-emisor frente a las características del voltaje de la puerta del IGBt RBN40H125S1FPQ.

Esencialmente, VCE (sat) comienza a disminuir a medida que aumenta el voltaje de puerta-emisor VGE, aunque el cambio es nominal mientras VGE = 15 V o más. Por lo tanto, se recomienda trabajar con un voltaje de puerta / emisor VGE de alrededor de 15 V, siempre que sea posible.

La Figura 9 muestra las características de la corriente del colector frente al voltaje de la puerta del IGBT RBN40H125S1FPQ.

Las características de IC / VGE se basan en cambios de temperatura; sin embargo, la región de voltaje de puerta bajo hacia el punto de intersección tiende a ser un coeficiente de temperatura negativo, mientras que la región de voltaje de puerta alto significa coeficientes de temperatura positivos.

Teniendo en cuenta que los IGBT de potencia generarán calor mientras están en funcionamiento, en realidad es más ventajoso prestar atención a la región del coeficiente de temperatura positivo, particularmente cuando los dispositivos funcionan en paralelo .

los condición de voltaje de puerta recomendada usando VGE = 15V exhibe las características de temperatura positivas.

Las figuras 10 y 11 demuestran cómo el rendimiento del voltaje de saturación colector-emisor, junto con el voltaje umbral de la puerta
de un IGBT dependen de la temperatura.

Debido al hecho de que el voltaje de saturación del colector-emisor presenta características de coeficiente de temperatura positivo, no es fácil que la corriente pase mientras la operación IGBT disipa una gran cantidad de temperatura, lo que se convierte en responsable de bloquear la corriente efectiva durante la operación IGBT en paralelo.

Por el contrario, el funcionamiento del voltaje umbral puerta-emisor se basa en características de temperatura negativas.

Durante una alta disipación de calor, el voltaje de umbral cae hacia abajo, causando una mayor posibilidad de mal funcionamiento del dispositivo resultante de la generación de ruido.

Por lo tanto, las pruebas conscientes, centradas en las características especificadas anteriormente, pueden ser cruciales.

Características de la capacidad de la puerta

Características de carga: La Figura 12 muestra las características de carga de la puerta de un dispositivo IGBT estándar.

Las características de la puerta IGBT están esencialmente en línea con los mismos principios aplicados para los MOSFET de potencia y proporcionan las variables que deciden la corriente y la disipación de la unidad del dispositivo.

La Figura 13 revela la curva característica, dividida en Períodos 1 a 3.
Los procedimientos de trabajo relacionados con cada período se explican a continuación.

Período 1: el voltaje de la puerta se eleva hasta el voltaje umbral donde la corriente comienza a fluir.

La sección que asciende desde VGE = 0V es la parte responsable de cargar la capacitancia puerta-emisor Cge.

Período 2: Mientras ocurre la transición de la región activa a la región de saturación, el voltaje colector-emisor comienza a alterar y la capacitancia puerta-colector Cgc se carga.

Este período particular viene con un aumento notable en la capacitancia debido al efecto espejo, que hace que VGE se vuelva constante.

Por otro lado, mientras un IGBT está completamente en estado ON, el cambio en el voltaje entre colector-emisor (VCE) y el efecto espejo desaparecen.

Período 3: En este período en particular, el IGBT entra en una condición completamente saturada y el VCE no muestra cambios. Ahora, el voltaje puerta-emisor VGE comienza a aumentar con el tiempo.

Cómo determinar la corriente de accionamiento de la puerta

La corriente de activación de la puerta IGBT depende de la resistencia de la serie de la puerta interna Rg, la resistencia de la fuente de señal Rs del circuito del controlador, el elemento rg que es la resistencia interna del dispositivo y el voltaje de activación VGE (ON).

La corriente de accionamiento de la puerta se calcula utilizando la siguiente fórmula.

IG (pico) = VGE (activado) / Rg + Rs + rg

Teniendo en cuenta lo anterior, el circuito de salida del controlador IGBT debe crearse asegurando un potencial de transmisión de corriente equivalente o mayor que IG (pico).

Por lo general, la corriente máxima resulta ser menor que el valor determinado mediante la fórmula, debido al retardo involucrado en un circuito de excitación y también al retardo en el aumento dIG / dt de la corriente de puerta.

Estos pueden ocurrir debido a aspectos tales como la inductancia del cableado desde el circuito de excitación hasta el punto de conexión de la puerta del dispositivo IGBT.

Además, las propiedades de conmutación para cada encendido y apagado pueden depender enormemente de Rg.

Esto eventualmente puede afectar el tiempo de conmutación y los déficits de conmutación. Es crucial elegir un Rg adecuado con respecto a las características del dispositivo en uso.

Cálculo de pérdida de unidad

Las pérdidas que ocurren en el circuito del controlador IGBT se pueden representar a través de la fórmula dada a continuación si todas las pérdidas desarrolladas del circuito del controlador son absorbidas por los factores de resistencia discutidos anteriormente. ( F indica la frecuencia de conmutación).

P (Pérdida de unidad) = VGE (activado) × Qg × f

Características de conmutación

Teniendo en cuenta que el IGBT es un componente de conmutación, su velocidad de encendido y apagado se encuentra entre los principales factores que afectan su eficiencia operativa (pérdida).

La Figura 16 muestra el circuito que se puede utilizar para medir la conmutación de carga de inductancia de un IGBT.

Debido a que la pinza de diodo está conectada en paralelo a la carga inductiva L, la demora del encendido del IGBT (o la pérdida de encendido) generalmente se ve afectada por las características del tiempo de recuperación del diodo.

Tiempo de cambio

El tiempo de conmutación de un IGBT, como se muestra en la Figura 17, se puede clasificar en 4 períodos de medición.

Debido al hecho de que el tiempo cambia drásticamente para cada período con respecto a las situaciones de Tj, IC, VCE, VGE y Rg, este período se evalúa con las siguientes condiciones descritas.

  • td (encendido) (tiempo de retardo de encendido) : El punto en el tiempo desde donde el voltaje de la puerta-emisor se extiende al 10% del voltaje de polarización directa hasta un nivel hasta que la corriente del colector aumenta al 10%.
  • tr (tiempo de subida) : El momento en el que la corriente del colector aumenta del 10% al 90%.
  • td (apagado) (tiempo de retardo de apagado) : El punto en el tiempo desde donde el voltaje de la puerta-emisor alcanza el 90% del voltaje de polarización directa hasta un nivel hasta que la corriente del colector cae al 90%.
  • tf (tiempo de caída) : El momento en el que la corriente del colector se reduce del 90% al 10%.
  • ttail (tiempo de cola) : El período de desactivación del IGBT consiste en un tiempo de cola (ttail). Esto se puede definir como el tiempo consumido por el exceso de portadores que sobran en el lado del colector del IGBT para retroceder mediante la recombinación a pesar de que el IGBT se apaga y hace que aumente el voltaje del colector-emisor.

Características del diodo incorporado

A diferencia de los MOSFET de potencia, el IGBT no implica un diodo parásito .

Como resultado, se emplea un IGBT integrado que viene con un chip de diodo de recuperación rápida (FRD) preinstalado para el control de carga de inductancia en motores y aplicaciones idénticas.

En este tipo de equipos, la eficiencia de trabajo tanto del IGBT como del diodo preinstalado afecta significativamente la eficiencia de trabajo del equipo y la generación de interferencias de ruido.

Además, la recuperación inversa y las cualidades de voltaje directo son parámetros cruciales relacionados con el diodo incorporado.

Características de recuperación inversa de diodo incorporado

Los portadores minoritarios concentrados se descargan durante el estado de conmutación justo cuando la corriente directa pasa a través del diodo hasta que se alcanza el estado del elemento inverso.

El tiempo necesario para que estos portadores minoritarios se liberen por completo se conoce como tiempo de recuperación inverso (trr).

La corriente operativa involucrada a lo largo de este tiempo se denomina corriente de recuperación inversa (Irr), y el valor integral de ambos intervalos se conoce como carga de recuperación inversa (Qrr).

Qrr = 1/2(Irr x trr)

Teniendo en cuenta que el período de tiempo trr tiene un cortocircuito equivalente, implica una gran pérdida.

Además, restringe la frecuencia durante todo el proceso de conmutación. En general, la trr rápida y la Irr reducida (Qrris pequeña) se consideran óptimas.

Estas cualidades dependen en gran medida de la corriente de polarización directa IF, diF / dt y la temperatura de unión Tj del IGBT.

Por otro lado, si trr se vuelve más rápido, di / dt resulta en ser más pronunciado alrededor del período de recuperación, como sucede con el voltaje colector-emisor correspondiente dv / dt, lo que provoca un aumento en la propensión a la generación de ruido.

A continuación se muestran los ejemplos que proporcionan las formas mediante las cuales se puede contrarrestar la generación de ruido.

  1. Disminuir diF / dt (reducir el tiempo de encendido del IGBT).
  2. Incluya un condensador amortiguador en el colector y el emisor del dispositivo para minimizar el voltaje colector-emisor dv / dt.
  3. Reemplace el diodo incorporado con un diodo de recuperación suave.

La propiedad de recuperación inversa depende significativamente de la capacidad de tolerancia de voltaje / corriente del dispositivo.

Esta característica podría mejorarse mediante la gestión de la vida útil, una fuerte difusión metálica y varias otras técnicas.

Características de voltaje directo de diodo incorporado

La Figura 19 muestra las características de salida del diodo incorporado de un IGBT estándar.

Voltaje directo de diodo VF significa voltaje decreciente producido cuando la corriente IF a través del diodo corre en la dirección de la caída de voltaje directo del diodo.

Dado que esta característica puede provocar una pérdida de potencia en el curso de la generación posterior de EMF (diodo de rueda libre) en aplicaciones inductivas o de motor, se recomienda seleccionar un VF más pequeño.

Además, como se muestra en la Figura 19, las características del coeficiente de temperatura positivo y negativo están determinadas por la magnitud de corriente directa IF del diodo.

Características de resistencia térmica

La Figura 20 muestra las características de resistencia del IGBT contra transitorios térmicos y diodo integrado.

Esta característica se utiliza para determinar la temperatura de unión Tj del IGBT. El ancho de pulso (PW) que se muestra sobre el eje horizontal significa el tiempo de conmutación, que define el pulso único y los resultados de las operaciones repetitivas.

Por ejemplo, PW = 1ms y D = 0.2 (ciclo de trabajo = 20%) significa que la frecuencia de repetición es 200Hz ya que el período de repetición es T = 5ms.

Si imaginamos PW = 1ms y D = 0.2, y potencia de disipación Pd = 60W, es posible determinar el aumento en la temperatura de unión IGBT ΔTj de la siguiente manera:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0.17 = 10.2

Cargar características de cortocircuito

En las aplicaciones que requieren circuitos de conmutación IGBT puenteados como inversores, un circuito de protección contra cortocircuitos (sobrecorriente) se vuelve imperativo para resistir y proteger contra daños durante el tiempo hasta que el voltaje de la puerta IGBT se apaga, incluso en una situación de cortocircuito de salida de la unidad .

Las figuras 21 y 22 indican el tiempo de rodamiento de cortocircuito y la capacidad de manejo de corriente de cortocircuito del IGBT RBN40H125S1FPQ.

Esta capacidad de resistencia a cortocircuitos de un IGBT se expresa comúnmente con respecto al tiempo tSC.

Esta capacidad de resistencia se determina principalmente en función del voltaje del emisor de la puerta del IGBT, la temperatura corporal y el voltaje de la fuente de alimentación.

Esto debe tenerse en cuenta al diseñar un diseño de circuito IGBT de puente H crítico.

Además, asegúrese de optar por un dispositivo IGBT con una calificación óptima en términos de los siguientes parámetros.

  1. Voltaje puerta-emisor VGE : Con un aumento en el voltaje de la puerta, la corriente de cortocircuito también aumenta y la capacidad de manejo de corriente del dispositivo disminuye.
  2. Temperatura de la caja : Con un aumento en la temperatura de la caja ΔTj del IGBT, la capacidad de resistencia actual disminuye, hasta que el dispositivo alcanza la situación de avería. Voltaje de la fuente de alimentación
  3. VCC: A medida que aumenta la tensión de alimentación de entrada al dispositivo, la corriente de cortocircuito también aumenta, lo que hace que se deteriore la capacidad de resistencia a la corriente del dispositivo.

Además, durante el instante en que el circuito de protección contra cortocircuito o sobrecarga detecta la corriente de cortocircuito y apaga el voltaje de la puerta, la corriente de cortocircuito es realmente increíblemente grande que la magnitud de la corriente operativa estándar del IGBT.

Durante el proceso de apagado con esta corriente sustancial usando la resistencia de puerta estándar Rg, podría causar el desarrollo de una gran sobretensión, excediendo la clasificación IGBT.

Por esta razón, debe seleccionar apropiadamente la resistencia de la puerta IGBT adecuada para abordar las condiciones de cortocircuito, teniendo al menos 10 veces más alto que el valor de resistencia de la puerta normal (pero permanecer dentro del valor SOA de polarización directa).

Esto es para contrarrestar la generación de picos de voltaje a través de ledas de colector-emisor del IGBT durante los períodos en los que se corta la corriente de cortocircuito.

Además, el tiempo de resistencia al cortocircuito tSC puede causar la distribución de la sobretensión entre los otros dispositivos asociados.

Se debe tener cuidado para asegurar un margen adecuado de un mínimo de 2 veces el marco de tiempo estándar necesario para que el circuito de protección contra cortocircuitos comience a funcionar.

Temperatura máxima de unión Tjmax para 175 ℃

La clasificación máxima absoluta para la temperatura de unión de la mayoría de los dispositivos semiconductores Tj es 150 ℃, pero Tjmax = 175 ℃ se establece según el requisito de los dispositivos de nueva generación para resistir las especificaciones de temperatura aumentadas.
.
La Tabla 3 muestra un buen ejemplo de las condiciones de prueba para el IGBT RBN40H125S1FPQ que está diseñado para resistir 175 ℃ mientras funciona a altas temperaturas de carcasa.

Para garantizar operaciones efectivas en Tjmax = 175 ℃, se mejoraron muchos de los parámetros para la prueba de consistencia estándar a 150 ℃ y se realizó la verificación operativa.

Dicho esto, los campos de prueba varían con respecto a las especificaciones del dispositivo.

Asegúrese de validar los datos de confiabilidad relacionados con el dispositivo que podría estar solicitando, para obtener información adicional.

Asimismo, recuerde que el valor de Tjmax no es solo una restricción para el trabajo constante, sino también una especificación de la regulación que no debe superarse ni por un momento.

Se debe considerar estrictamente la seguridad contra la disipación de alta temperatura, incluso por un breve momento para un IGBT, durante el encendido / apagado.

Asegúrese de trabajar con IGBT en un entorno que de ninguna manera exceda la temperatura máxima de la caja de ruptura de Tj = 175 ℃.

Pérdidas IGBT

Pérdida de conducción: Al alimentar una carga inductiva a través de un IGBT, las pérdidas incurridas se clasifican básicamente en pérdida de conducción y pérdida de conmutación.

La pérdida que ocurre tan pronto como el IGBT se enciende por completo se denomina pérdida de conducción, mientras que la pérdida que tiene lugar durante el tiempo en que el IGBT cambia de ON a OFF o de OFF a ON se conoce como pérdida de conmutación.

Debido al hecho, la pérdida depende de la implementación del voltaje y la corriente como se demuestra en la fórmula dada a continuación, la pérdida surge como resultado del impacto del voltaje de saturación colector-emisor VCE (sat), incluso mientras el dispositivo está conduciendo.

VCE (sat) debe ser mínimo, ya que la pérdida puede causar generación de calor dentro del IGBT.
Pérdida (P) = voltaje (V) × corriente (I)
Pérdida de encendido: P (encender) = VCE (sat) × IC

Pérdida de conmutación: Como la pérdida de IGBT puede ser difícil de estimar utilizando el tiempo de conmutación, se incorporan tablas de referencia en las hojas de datos relevantes para ayudar a los diseñadores de circuitos a determinar la pérdida de conmutación.

La Figura 24 a continuación muestra las características de pérdida de conmutación del IGBT RBN40H125S1FPQ.

Los factores Eon y Eoff están fuertemente influenciados por la corriente del colector, la resistencia de la puerta y la temperatura de funcionamiento.

Eon (pérdida de energía de encendido)

El volumen de pérdida desarrollado durante el proceso de encendido del IGBT para una carga inductiva, junto con la pérdida de recuperación en la recuperación inversa del diodo.

Eon se calcula desde el punto en que el voltaje de la compuerta se alimenta al IGBT y la corriente del colector comienza a viajar, hasta el momento en que el IGBT pasa completamente al estado encendido.

Eoff (Apagar pérdida de energía

Es la magnitud de la pérdida resultante durante el período de desconexión de las cargas inductivas, que incluye la corriente de cola.

Eoff se mide desde el punto donde la corriente de la compuerta se corta y el voltaje del colector-emisor comienza a subir, hasta el punto en el que el IGBT alcanza un estado completamente apagado.

Resumen

El dispositivo de transistor bipolar de puerta aislada (IGTB) es un tipo de dispositivo semiconductor de potencia de tres terminales que se usa básicamente como interruptor electrónico y también es conocido por proporcionar una combinación de conmutación extremadamente rápida y alta eficiencia en los dispositivos más nuevos.

IGBT para aplicaciones de alta corriente

Una gama de aparatos modernos como VFD (variadores de frecuencia variable), VSF (refrigeradores de velocidad variable), trenes, sistemas estéreo con amplificadores de conmutación, automóviles eléctricos y aires acondicionados utilizan un transistor bipolar de puerta aislada para conmutar la energía eléctrica.

Símbolo del modo de agotamiento IGBT

En caso de que los amplificadores utilicen un transistor bipolar de puerta aislada, a menudo sintetizan formas de onda que son complejas por naturaleza junto con filtros de paso bajo y modulación de ancho de pulso, ya que el transistor bipolar de puerta aislada está básicamente diseñado para encenderse y apagarse a un ritmo rápido y rápido.

Las tasas de repetición de pulso se jactan de los dispositivos modernos que consisten en aplicaciones de conmutación y se encuentran dentro del rango ultrasónico, que son las frecuencias que son diez veces más altas que la frecuencia de audio más alta manejada por el dispositivo cuando el dispositivo se usa en forma de un amplificador de audio analógico.

Los MOSFET que constan de alta corriente y características de un controlador de puerta simple se combinan con los transistores bipolares que tienen una capacidad de voltaje de saturación bajo por el IGTB.

Los IGBT son una combinación de BJT y Mosfet

IGBT fabrica un solo dispositivo combinando el transistor de potencia bipolar que actúa como interruptor y un FET de puerta aislada que actúa como entrada de control.

El transistor bipolar de puerta aislada (IGTB) se usa principalmente en aplicaciones que consisten en múltiples dispositivos que se colocan en paralelo entre sí y la mayoría de las veces tienen capacidad para manejar corrientes muy altas que están en el rango de cientos de amperios junto con un voltaje de bloqueo de 6000 V, que a su vez es igual a cientos de kilovatios, utiliza una potencia media a alta, como calentamiento por inducción, fuentes de alimentación de modo conmutado y control del motor de tracción. Transistores bipolares de puerta aislada de gran tamaño.

Los IGBT son los transistores más avanzados

El transistor bipolar de puerta aislada (IGTB) es una invención nueva y reciente de la época.

Se descubrió que los dispositivos de primera generación que se inventaron y lanzaron en la década de 1980 y los primeros años de la década de 1990 tenían un proceso de conmutación relativamente lento y son propensos a fallar a través de diferentes modos, como latchup (donde el dispositivo continuará encendido y no encenderá apagado hasta que la corriente siga fluyendo a través del dispositivo), y ruptura secundaria (donde cuando una corriente alta fluye a través del dispositivo, un punto de acceso localizado presente en el dispositivo entra en fuga térmica y como resultado quema el dispositivo).

Se observaron muchas mejoras en los dispositivos de segunda generación y la mayoría de los dispositivos nuevos en el bloque, los dispositivos de tercera generación se consideran incluso mejores que los dispositivos de primera generación de remolque.

Los nuevos Mosfets compiten con los IGBT

Los dispositivos de tercera generación consisten en MOSFET con una velocidad que rivaliza y tolerancia y robustez de excelente nivel.

Los dispositivos de segunda y tercera generación constan de pulsos de frecuencia extremadamente alta que los hacen muy útiles para generar pulsos de gran potencia en diversas áreas como la física del plasma y las partículas.

Por lo tanto, los dispositivos de segunda y tercera generación han reemplazado en su mayoría a todos los dispositivos más antiguos, como los descargadores de chispas activados y los tiratrones utilizados en estas áreas de la física y partículas del plasma.

Estos dispositivos también atraen al aficionado al alto voltaje debido a sus propiedades de alta frecuencia de pulso y disponibilidad en el mercado a bajos precios.

Esto permite al aficionado controlar grandes cantidades de energía para impulsar dispositivos como bobinas de goma y bobinas Tesla.

Los transistores bipolares de puerta aislada están disponibles a un precio asequible y, por lo tanto, actúan como un habilitador importante para automóviles híbridos y vehículos eléctricos.

Cortesía: Renesas




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