Igbt

IGBT é uma forma abreviada de transistor bipolar de porta isolada, combinação de transistor de junção bipolar (BJT) e transistor de efeito de campo de óxido de metal (MOS-FET). É um dispositivo semicondutor usado para alternar aplicações relacionadas.

Como o IGBT é uma combinação de MOSFET e Transistor, tem vantagens em relação aos transistores e ao MOSFET. O MOSFET tem vantagens de alta velocidade de chaveamento com alta impedância e por outro lado o BJT tem a vantagem de alto ganho e baixa tensão de saturação, ambos presentes no transistor IGBT. O IGBT é um semicondutor controlado por tensão que permite grandes correntes coletoras-emissoras com acionamento de corrente quase zero.

Conforme discutido, o IGBT tem as vantagens dos MOSFET e BJTs, o IGBT tem uma porta isolada igual aos MOSFETs típicos e as mesmas características de transferência de saída. Embora o BJT seja um dispositivo controlado por corrente, mas para o IGBT, o controle depende do MOSFET, portanto, é um dispositivo controlado por tensão, equivalente aos MOSFETs padrão.

Circuito e símbolo equivalente IGBT

Na imagem acima, o circuito equivalente do IGBT é mostrado. É a mesma estrutura de circuito usada no Transistor Darlington, onde dois transistores são conectados exatamente da mesma maneira. Como podemos ver na imagem acima, o IGBT combina dois dispositivos, MOSFET de canal N e transistor PNP. O MOSFET do canal N está conduzindo o transistor PNP. Uma pinagem de BJT padrão inclui Coletor, Emissor, Base e uma pinagem MOSFET padrão inclui Gate, Drain e Source. Mas no caso dos Pinos do transistor IGBT, é o Gate, que está vindo do MOSFET do canal N e o Coletor e Emissor estão vindo do transistor PNP.

No transistor PNP, o coletor e o Emissor são o caminho de condução e quando o IGBT é ligado, ele é conduzido e transporta a corrente através dele. Este caminho é controlado pelo MOSFET do canal N.

No caso do BJT, calculamos o ganho que é denotado como Beta (

Na imagem acima, o símbolo do IGBT é mostrado. Como podemos ver, o símbolo inclui a parte do coletor emissor do transistor e a parte da porta do MOSFET. Os três terminais são mostrados como Gate, coletor e Emissor.

Quando no modo de condução ou comutado ' ON ', a corrente flui do coletor para o emissor. A mesma coisa acontece com o transistor BJT. Mas, no caso do IGBT, existe um Gate em vez de uma base. A diferença entre a tensão do Gate para o Emissor é chamada de Vge e a diferença de tensão entre o coletor e o emissor é chamada de Vce.

A corrente do emissor (Ie) é quase igual à corrente do coletor (Ic), Ie = Ic. Como o fluxo de corrente é relativamente o mesmo no coletor e no emissor, o Vce é muito baixo.

Saiba mais sobre BJT e MOSFET aqui.

Aplicações do IGBT:

O IGBT é usado principalmente em aplicações relacionadas à energia. Os BJTs de alimentação padrão têm propriedades de resposta muito lentas, enquanto o MOSFET é adequado para aplicações de comutação rápida, mas o MOSFET é uma escolha cara onde é necessária uma classificação de corrente mais alta. O IGBT é adequado para substituir BJTs e MOSFETs de energia.

Além disso, o IGBT oferece menor resistência 'LIGADO' em comparação com os BJTs e, devido a essa propriedade, o IGBT é termicamente eficiente em aplicações relacionadas a alta potência.

As aplicações de IGBTs são vastas no campo da eletrônica. Devido à baixa resistência, classificação de corrente muito alta, alta velocidade de comutação, unidade de porta zero, IGBTs são usados ​​no controle de motor de alta potência, inversores, fonte de alimentação comutada com áreas de conversão de alta frequência.

Na imagem acima, o aplicativo de comutação básico é mostrado usando IGBT. O RL é uma carga resistiva conectada entre o emissor do IGBT e o aterramento. A diferença de tensão na carga é indicada como VRL. A carga também pode ser indutiva. E no lado direito um circuito diferente é mostrado. A carga é conectada ao coletor, onde, como uma proteção de corrente, o resistor é conectado ao emissor. A corrente fluirá do coletor para o emissor em ambos os casos.

No caso de BJT, precisamos fornecer corrente constante em toda a base do BJT. Mas no caso do IGBT, assim como no MOSFET, precisamos fornecer tensão constante através da porta e a saturação é mantida em estado constante.

No caso esquerdo, a diferença de tensão, VIN que é a diferença de potencial da entrada (porta) com o Terra / VSS, controla a corrente de saída que flui do coletor para o emissor. A diferença de tensão entre VCC e GND é quase a mesma em toda a carga.

No circuito do lado direito, a corrente que flui pela carga depende da tensão dividida pelo valor RS.

I _RL2 = V _IN / R _S

A Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) pode ser comutada ' ON ' e ' OFF ' por activação do portão. Se tornarmos a porta mais positiva aplicando tensão na porta, o emissor do IGBT mantém o IGBT em seu estado “ LIGADO ” e se fizermos a porta negativa ou empurrando zero, o IGBT permanecerá no estado “ DESLIGADO ”. É o mesmo que a comutação BJT e MOSFET.

Curva IGBT IV e características de transferência

Na imagem acima, as características IV são mostradas dependendo da tensão de porta diferente ou Vge. O eixo X denota a tensão do coletor emissor ou Vce e o eixo Y denota a corrente do coletor. Durante o estado desligado, a corrente que flui através do coletor e a tensão da porta é zero. Quando mudamos o Vge ou a tensão da porta, o dispositivo vai para a região ativa. A tensão estável e contínua através da porta fornece um fluxo de corrente contínuo e estável através do coletor. O aumento de Vge está aumentando proporcionalmente a corrente do coletor, Vge3> Vge2> Vge3. BV é a tensão de ruptura do IGBT.

Esta curva é quase idêntica à curva de transferência IV do BJT, mas aqui Vge é mostrado porque o IGBT é um dispositivo controlado por tensão.

Na imagem acima, a característica de transferência do IGBT é mostrada. É quase idêntico ao PMOSFET. O IGBT irá para o estado “ LIGADO ” depois que Vge for maior que um valor limite, dependendo da especificação do IGBT.

Aqui está uma tabela de comparação que nos dará uma imagem justa sobre a diferença entre IGBT com POWER BJT e Power MOSFETs.

Características do Dispositivo	IGBT	Power MOSFET	POWER BJT
Classificação de tensão
Avaliação Atual
Dispositivo de entrada
Impedância de entrada
Impedância de saída
Velocidade de comutação
Custo

No próximo vídeo, veremos o circuito de chaveamento do transistor IGBT.