O que é IGBT: funcionamento, características de comutação, SOA, resistor de porta, fórmulas

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IGBT significa Transistor bipolar de porta isolada , um semicondutor de potência que inclui o características de um MOSFET's alta velocidade, comutação de porta dependente de voltagem e as propriedades de resistência mínima ON (voltagem de baixa saturação) de um BJT .

A Figura 1 exibe o circuito IGBT equivalente, onde um transistor bipolar funciona com um arquiteto de porta MOS, enquanto o circuito IGBT semelhante é na verdade uma mistura de um transistor MOS e um transistor bipolar.



Os IGBTs, que prometem velocidade de comutação rápida junto com características de tensão de saturação mínima, estão sendo usados ​​em uma ampla gama, de aplicações comerciais como unidades de aproveitamento de energia solar e fonte de alimentação ininterrupta (UPS), a campos eletrônicos de consumo, como controle de temperatura para cooktops de aquecedor de indução , equipamento de ar condicionado PFC, inversores e estroboscópios de câmeras digitais.

A Figura 2 abaixo revela uma avaliação entre IGBT, transistor bipolar e layouts e atributos internos do MOSFET. A estrutura fundamental do IGBT é a mesma de um MOSFET tendo uma camada p + colocada na seção de drenagem (coletor) e também uma junção pn extra.



Devido a isso, sempre que portadores minoritários (orifícios) tendem a ser inseridos através da camada p + para a camada n com modulação de condutividade, a resistência da camada n diminui drasticamente.

Consequentemente, o IGBT fornece uma redução tensão de saturação (menor resistência ON) em comparação com um MOSFET ao lidar com uma grande corrente, permitindo assim perdas de condução mínimas.

Posto isto, considerando que para o percurso do fluxo de saída dos furos, é proibida a acumulação de portadores minoritários nos períodos de desligamento devido ao design particular do IGBT.

Esta situação dá origem a um fenômeno conhecido como cauda atual , em que o desligamento é desacelerado. Quando a corrente de cauda se desenvolve, o período de chaveamento fica cada vez mais atrasado, mais do que o de um MOSFET, resultando em um aumento nas perdas de tempo de chaveamento, durante os períodos de desligamento do IGBT.

Avaliações máximas absolutas

Especificações máximas absolutas são os valores designados para garantir a aplicação segura e sólida do IGBT.

Cruzar esses valores máximos absolutos especificados, mesmo que momentaneamente, pode resultar na destruição ou quebra do dispositivo, portanto, certifique-se de trabalhar com IGBTs dentro das classificações toleráveis ​​máximas, conforme sugerido abaixo.

Application Insights

Mesmo que os parâmetros de aplicação recomendados, como temperatura / corrente / tensão de trabalho, etc., sejam mantidos dentro das classificações máximas absolutas, no caso do IGBT ser frequentemente sujeito a carga excessiva (temperatura extrema, grande fonte de corrente / tensão, oscilações extremas de temperatura, etc.), a durabilidade do dispositivo pode ser gravemente afetada.

características elétricas

Os dados a seguir nos informam sobre as várias terminologias e parâmetros envolvidos com o IGBT, que normalmente são usados ​​para explicar e compreender o funcionamento de um IGBT em detalhes.

Corrente de coletor, Dissipação de coletor : A Figura 3 demonstra a forma de onda da temperatura de dissipação do coletor do IGBT RBN40H125S1FPQ. A dissipação de coletor máxima tolerável é exibida para várias temperaturas de caixa diferentes.

A fórmula mostrada abaixo torna-se aplicável em situações em que a temperatura ambiente TC = 25 graus Celsius ou mais.

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

Para condições onde a temperatura ambiente TC é = 25 ℃ ou inferior, a dissipação do coletor IGBT é aplicada de acordo com sua classificação máxima absoluta.

A fórmula para calcular a corrente do coletor de um IGBT é:

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

No entanto, o acima é a fórmula geral, é simplesmente um cálculo dependente da temperatura do dispositivo.

A corrente de coletor dos IGBTs é determinada por sua tensão de saturação de coletor / emissor VCE (sat), e também dependendo de suas condições de corrente e temperatura.

Além disso, a corrente de coletor (pico) de um IGBT é definida pela quantidade de corrente que ele pode suportar, que por sua vez depende da forma como está instalado e de sua confiabilidade.

Por esse motivo, os usuários são aconselhados a nunca exceder o limite máximo tolerável de IGBTs ao usá-los em uma determinada aplicação de circuito.

Por outro lado, mesmo que a corrente do coletor seja inferior à classificação máxima do dispositivo, ela pode ser restringida pela temperatura de junção da unidade ou pela área de operação segura.

Portanto, certifique-se de considerar esses cenários ao implementar um IGBT. Ambos os parâmetros, corrente do coletor e dissipação do coletor são geralmente designados como as classificações máximas do dispositivo.

Área de operação segura

O

O SOA de um IGBT consiste em um SOA de polarização direta e um SOA de polarização reversa, no entanto, uma vez que a faixa particular de valores pode diferir de acordo com as especificações do dispositivo, os usuários são aconselhados a verificar os fatos equivalentes na folha de dados.

Área de operação segura de polarização para frente

A Figura 5 ilustra a área de operação segura de polarização direta (FBSOA) do IGBT RBN50H65T1FPQ.

O SOA é dividido em 4 regiões, dependendo das limitações específicas, conforme descrito abaixo:

  • Área restrita pelo IC (pico) de corrente de pulso do coletor com maior classificação.
  • Área restrita pela região de dissipação do coletor
  • Área restrita pela avaria secundária. Lembre-se de que esse tipo de mau funcionamento faz com que a área de operação segura de um IGBT fique mais estreita, exceto quando o dispositivo apresentar uma margem de ruptura secundária.
  • Área restrita pelo coletor máximo à classificação VCES de tensão do emissor.

Área de operação segura de polarização reversa

A Figura 6 demonstra a área de operação segura de polarização reversa (RBSOA) do IGBT RBN50H65T1FPQ.

Esta característica particular funciona de acordo com a polarização reversa SOA do transistor bipolar.

Sempre que uma polarização reversa, que inclui nenhuma polarização, é fornecida através da porta e do emissor do IGBT durante seu período de desligamento para uma carga indutiva, encontramos uma alta tensão sendo entregue ao coletor-emissor do IGBT.

Simultaneamente, uma grande corrente se move constantemente como resultado do furo residual.

Dito isso, neste funcionamento o SOA de polarização direta não pode ser usado, enquanto o SOA de polarização reversa pode ser utilizado.

O viés reverso SOA é dividido em 2 áreas restritas, conforme explicado nos pontos a seguir eventualmente a área é estabelecida através da validação dos procedimentos reais de funcionamento do IGBT.

  1. Área restrita pelo pico máximo da corrente do coletor Ic (pico).
  2. Área restrita pela classificação máxima de quebra de tensão do coletor-emissor VCES. Observe que o IGBT pode ser danificado se uma trajetória de operação VCEIC especificada se desviar das especificações SOA do dispositivo.

Conseqüentemente, ao projetar um circuito baseado em IGBT , deve-se garantir que a dissipação e outros problemas de desempenho estejam de acordo com os limites recomendados, e também as características específicas e constantes de interrupção do circuito relevantes para a tolerância à interrupção devem ser atendidas.

Por exemplo, a polarização reversa SOA carrega uma característica de temperatura que cai em temperaturas extremas, e o locus operacional VCE / IC muda de acordo com a resistência da porta Rg do IGBT e a tensão da porta VGE.

Por isso, é vital determinar os parâmetros Rg e VGE em relação ao ecossistema de trabalho e o menor valor de resistência de porta durante os períodos de desligamento.

Além disso, um circuito de amortecimento pode ser útil para controlar o VCE dv / dt.

Características Estáticas

A Figura 7 indica as características de saída do IGBT RBN40H125S1FPQ. A imagem representa a tensão do coletor-emissor enquanto a corrente do coletor passa dentro de uma situação de tensão de porta aleatória.

A tensão do coletor-emissor, que afeta a eficiência de manuseio de corrente e a perda durante a condição de ligar, varia de acordo com a tensão do portão e a temperatura corporal.

Todos esses parâmetros devem ser levados em consideração ao projetar um circuito de driver IGBT.

A corrente sobe sempre que o VCE atinge os valores de 0,7 a 0,8 V, embora isso seja devido à tensão direta da junção PN coletor-emissor PN.

A Figura 8 demonstra as características de tensão de saturação do coletor-emissor vs. tensão de porta do IGBt RBN40H125S1FPQ.

Essencialmente, VCE (sat) começa a cair conforme a tensão do emissor-porta VGE aumenta, embora a mudança seja nominal enquanto VGE = 15 V ou mais. Portanto, é aconselhável trabalhar com tensão porta / emissor VGE em torno de 15 V, sempre que possível.

A Figura 9 exibe as características de corrente de coletor vs. tensão de porta do IGBT RBN40H125S1FPQ.

As características IC / VGE são baseadas em mudanças de temperatura, entretanto a região de baixa tensão de porta em direção ao ponto de interseção tende a ser coeficiente de temperatura negativo, enquanto a região de alta tensão de porta significa coeficientes de temperatura positivos.

Considerando que os IGBTs de energia irão gerar calor durante a operação, é realmente mais vantajoso prestar atenção à região do coeficiente de temperatura positivo, particularmente quando os dispositivos são operados em paralelo .

O condição de tensão de porta recomendada usando VGE = 15V exibe as características de temperatura positivas.

As Figuras 10 e 11 demonstram como o desempenho da tensão de saturação do coletor-emissor, junto com a tensão de limiar de porta
de um IGBT dependem da temperatura.

Devido ao fato de que a tensão de saturação do coletor-emissor apresenta características de coeficiente de temperatura positivo, não é fácil a passagem de corrente enquanto a operação IGBT está dissipando grande quantidade de temperatura, o que se torna responsável por bloquear a corrente efetiva durante a operação IGBT paralela.

Pelo contrário, a operação da tensão de limiar do emissor-porta depende das características de temperatura negativa.

Durante a alta dissipação de calor, a tensão limite cai para baixo, causando uma maior possibilidade de mau funcionamento do dispositivo resultante da geração de ruído.

Portanto, o teste cuidadoso, centrado nas características especificadas acima pode ser crucial.

Características de capacitância do portão

Características de carga: A Figura 12 demonstra as características de carga da porta de um dispositivo IGBT padrão.

As características da porta IGBT estão essencialmente alinhadas com os mesmos princípios aplicados aos MOSFETs de potência e fornecem as variáveis ​​que decidem a corrente e a dissipação da unidade do dispositivo.

A Figura 13 revela a curva característica, dividida nos Períodos 1 a 3.
Os procedimentos de trabalho relacionados a cada período são explicados a seguir.

Período 1: a tensão da porta é elevada até o limite de tensão onde a corrente começa a fluir.

A seção ascendente de VGE = 0V é a parte responsável por carregar a capacitância porta-emissor Cge.

Período 2: Enquanto a transição da região ativa para a região de saturação ocorre, a tensão do coletor-emissor começa a se alterar e a capacitância do coletor do portão Cgc é carregada.

Este período particular vem com um aumento notável na capacitância devido ao efeito de espelho, que faz com que o VGE se torne constante.

Por outro lado, enquanto um IGBT está totalmente no estado LIGADO, a mudança na tensão no coletor-emissor (VCE) e o efeito de espelho desaparecem.

Período 3: Neste período específico, o IGBT fica em uma condição completamente saturada e o VCE não mostra alterações. Agora, a tensão do emissor-porta VGE começa a aumentar com o tempo.

Como determinar a corrente de acionamento do portão

A corrente de acionamento da porta IGBT depende da resistência da série da porta interna Rg, da resistência da fonte do sinal Rs do circuito do driver, do elemento rg que é a resistência interna do dispositivo e da tensão da unidade VGE (ON).

A corrente de acionamento da porta é calculada usando a seguinte fórmula.

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

Mantendo o acima em mente, o IGBT do circuito de saída do driver deve ser criado garantindo um potencial de drive de corrente equivalente a, ou maior que IG (pico).

Normalmente, a corrente de pico passa a ser menor do que o valor determinado pela fórmula, devido ao atraso envolvido em um circuito driver e também ao atraso no aumento dIG / dt da corrente da porta.

Isso pode ocorrer devido a aspectos como indutância da fiação do circuito de acionamento para o ponto de conexão do gate do dispositivo IGBT.

Além disso, as propriedades de comutação para cada ativação e desativação podem depender enormemente de Rg.

Isso pode eventualmente afetar o tempo de comutação e os déficits de comutação. É crucial escolher um Rg adequado no que diz respeito às características do dispositivo em uso.

Cálculo de perda de unidade

As perdas que ocorrem no circuito driver IGBT podem ser representadas através da fórmula fornecida abaixo se todas as perdas desenvolvidas do circuito driver forem absorvidas pelos fatores de resistência discutidos acima. ( f indica a frequência de comutação).

P (perda de unidade) = VGE (ligado) × Qg × f

Características de comutação

Considerando que o IGBT é um componente de chaveamento, sua velocidade de ativação e desativação está entre os principais fatores que impactam sua eficiência operacional (perdas).

A Figura 16 demonstra o circuito que pode ser usado para medir a comutação de carga de indutância de um IGBT.

Como a braçadeira de diodo é conectada em paralelo à carga indutiva L, o atraso da ativação do IGBT (ou a perda de ativação) é geralmente afetado pelas características de tempo de recuperação do diodo.

Tempo de Troca

O tempo de comutação de um IGBT, conforme exibido na Figura 17, pode ser categorizado em 4 períodos de medição.

Devido ao fato de que o tempo muda drasticamente para cada período em relação às situações Tj, IC, VCE, VGE e Rg, este período é avaliado com as seguintes condições descritas.

  • td (ligado) (tempo de atraso na ligação) : O ponto de tempo a partir do qual a tensão do emissor-porta se estende até 10% da tensão de polarização direta até um nível até que a corrente do coletor aumente para 10%.
  • tr (tempo de subida) : O ponto no tempo a partir do qual a corrente do coletor aumenta de 10% a 90%.
  • td (desligado) (tempo de atraso ao desligar) : O ponto de tempo a partir do qual a tensão do emissor-porta atinge 90% da tensão de polarização direta até um nível até que a corrente do coletor caia para 90%.
  • tf (tempo de queda) : O ponto no tempo a partir do qual a corrente do coletor diminui de 90% para 10%.
  • ttail (tempo de cauda) : O período de desligamento do IGBT consiste em um tempo de cauda (ttail). Isso pode ser definido como o tempo consumido pelo excesso de portadoras remanescentes no lado do coletor do IGBT para retroceder por meio da recombinação, apesar do IGBT ser desligado e fazer com que a tensão coletor-emissor aumente.

Características do diodo integrado

Em contraste com os MOSFETs de potência, o IGBT não envolve um diodo parasita .

Como resultado, um IGBT integrado que vem com um chip Fast Recovery Diode (FRD) pré-instalado é empregado para controle de carga de indutância em motores e aplicações idênticas.

Nestes tipos de equipamento, a eficiência de trabalho do IGBT e do diodo pré-instalado afeta significativamente a eficiência de trabalho do equipamento e a geração de interferência de ruído.

Além disso, as qualidades de recuperação reversa e tensão direta são parâmetros cruciais relacionados ao diodo embutido.

Características de recuperação reversa de diodo integrado

As portadoras minoritárias concentradas são descarregadas durante o estado de comutação apenas quando a corrente direta passa pelo diodo até que o estado do elemento reverso seja atingido.

O tempo necessário para que essas operadoras minoritárias sejam totalmente liberadas é conhecido como tempo de recuperação reversa (trr).

A corrente operacional envolvida ao longo desse tempo é chamada de corrente de recuperação reversa (Irr), e o valor integral de ambos os intervalos é conhecido como carga de recuperação reversa (Qrr).

Qrr = 1/2 (Irr x trr)

Considerando que o período de tempo trr está equivalentemente em curto-circuito, isso envolve uma grande perda.

Além disso, ele restringe a frequência ao longo do processo de comutação. No geral, trr rápido e Irr reduzido (Qrris pequeno) são considerados ótimos.

Essas qualidades são muito dependentes da corrente de polarização direta IF, diF / dt e da temperatura de junção Tj do IGBT.

Por outro lado, se trr ficar mais rápido, di / dt resulta em ser mais íngreme em torno do período de recuperação, como acontece com a tensão coletor-emissor correspondente dv / dt, o que causa um aumento na propensão para geração de ruído.

A seguir estão os exemplos que fornecem as maneiras pelas quais a geração de ruído pode ser combatida.

  1. Diminua diF / dt (reduza o tempo de ativação do IGBT).
  2. Inclui um capacitor de amortecimento através do coletor e emissor do dispositivo para minimizar a tensão coletor-emissor dv / dt.
  3. Substitua o diodo embutido por um diodo de recuperação suave.

A propriedade de recuperação reversa depende significativamente da capacidade de tolerância de tensão / corrente do dispositivo.

Esse recurso pode ser aprimorado usando gerenciamento de tempo de vida, difusão metálica robusta e várias outras técnicas.

Características de tensão direta do diodo integrado

A Figura 19 exibe as características de saída do diodo embutido de um IGBT padrão.

A tensão direta do diodo VF significa o declínio da tensão produzida quando a corrente IF através do diodo corre na direção da queda de tensão direta do diodo.

Uma vez que esta característica pode resultar em perda de potência no curso da geração de EMF (diodo de roda livre) no motor ou aplicações indutivas, é recomendado selecionar VF menores.

Além disso, conforme ilustrado na Figura 19, as características do coeficiente de temperatura positiva e negativa são determinadas pela magnitude da corrente direta IF do diodo.

Características de resistência térmica

A Figura 20 mostra as características de resistência do IGBT contra transientes térmicos e diodo integrado.

Esta característica é usada para determinar a temperatura de junção Tj do IGBT. A largura de pulso (PW) mostrada no eixo horizontal significa o tempo de comutação, que define o pulso de disparo único e os resultados de operações repetitivas.

Por exemplo, PW = 1 ms e D = 0,2 (ciclo de trabalho = 20%) significa que a frequência de repetição é 200 Hz, pois o período de repetição é T = 5 ms.

Se imaginarmos PW = 1ms e D = 0,2, e potência de dissipação Pd = 60W, é possível determinar o aumento da temperatura da junção IGBT ΔTj da seguinte maneira:
ΔTj = Pd × θj - c (t) = 60 × 0,17 = 10,2

Características de curto-circuito de carga

Para aplicações que requerem circuitos de comutação IGBT em ponte, como inversores, um circuito de proteção de curto-circuito (sobrecorrente) torna-se imperativo para suportar e proteger contra danos durante o tempo até que a tensão da porta IGBT seja desligada, mesmo em uma situação de curto-circuito de saída da unidade .

As Figuras 21 e 22 indicam o tempo de carga do curto-circuito e a capacidade de manuseio da corrente de curto-circuito do IGBT RBN40H125S1FPQ.

Esta capacidade de resistência a curto-circuito de um IGBT é comumente expressa em relação ao tempo tSC.

Esta capacidade de resistência é determinada principalmente com base na tensão do emissor-porta do IGBT, temperatura corporal e tensão da fonte de alimentação.

Isso deve ser considerado ao projetar um projeto de circuito IGBT de ponte H crítica.

Além disso, certifique-se de optar por um dispositivo IGBT com a classificação ideal em termos dos parâmetros a seguir.

  1. Tensão do emissor-porta VGE : Com um aumento na tensão da porta, a corrente de curto-circuito também aumenta e a capacidade de tratamento de corrente do dispositivo diminui.
  2. Temperatura da caixa : Com o aumento da temperatura do case ΔTj do IGBT, a capacidade de suporte de corrente diminui, até que o dispositivo atinja a situação de quebra. Tensão de alimentação
  3. VCC: À medida que a tensão de alimentação de entrada para o dispositivo aumenta, a corrente de curto-circuito também aumenta, causando a deterioração da capacidade de suportar corrente do dispositivo.

Além disso, durante o instante em que o curto-circuito ou circuito de proteção de sobrecarga detecta a corrente de curto-circuito e desliga a tensão da porta, a corrente de curto-circuito é realmente incrivelmente grande do que a magnitude da corrente operacional padrão do IGBT.

Durante o processo de desligamento com esta corrente substancial usando resistência de porta padrão Rg, pode causar o desenvolvimento de grande tensão de surto, excedendo a classificação do IGBT.

Por esse motivo, você deve selecionar apropriadamente a resistência de porta IGBT adequada para lidar com as condições de curto-circuito, tendo pelo menos 10 vezes mais que o valor de resistência de porta normal (ainda que permaneça dentro do valor de polarização direta SOA).

Isso é para neutralizar a geração de sobretensão nos ledas do coletor-emissor do IGBT durante os períodos em que a corrente de curto-circuito é cortada.

Além disso, o tempo de resistência do curto-circuito tSC pode causar a distribuição do surto entre os outros dispositivos associados.

Deve-se tomar cuidado para garantir uma margem adequada de no mínimo 2 vezes o período de tempo padrão necessário para que o circuito de proteção contra curto-circuito comece a operar.

Temperatura máxima de junção Tjmax para 175 ℃

A classificação máxima absoluta para a temperatura de junção da maioria dos dispositivos semicondutores Tj é 150 ℃, mas Tjmax = 175 ℃ é definida de acordo com os requisitos para dispositivos de nova geração para suportar as especificações de temperatura aumentadas.
.
A Tabela 3 mostra um bom exemplo das condições de teste para o IGBT RBN40H125S1FPQ, que foi projetado para resistir a 175 ℃ durante a operação em altas temperaturas do case.

Para garantir operações eficazes em Tjmax = 175 ℃, muitos dos parâmetros para o teste de consistência padrão a 150 ℃ foram aprimorados e a verificação operacional realizada.

Dito isso, os campos de teste variam de acordo com as especificações do dispositivo.

Certifique-se de validar os dados de confiabilidade relacionados ao dispositivo que você está aplicando, para obter informações adicionais.

Da mesma forma, lembre-se de que o valor Tjmax não é apenas uma restrição para o trabalho constante, mas também uma especificação para a regulação que não deve ser superada nem por um momento.

A segurança contra dissipação de alta temperatura, mesmo por um breve momento para um IGBT, durante a comutação ON / OFF deve ser estritamente considerada.

Certifique-se de trabalhar com IGBT em um ambiente que de forma alguma exceda a temperatura máxima da caixa de avaria de Tj = 175 ℃.

Perdas de IGBT

Perda de condução: Ao alimentar uma carga indutiva por meio de um IGBT, as perdas incorridas são basicamente categorizadas em perda de condução e perda de comutação.

A perda que ocorre assim que o IGBT é completamente LIGADO é chamada de perda de condução, enquanto a perda que ocorre durante o tempo de comutação do IGBT de LIGADO para DESLIGADO ou DESLIGADO para LIGADO é conhecida como perda de comutação.

Devido ao fato de que a perda depende da implementação de tensão e corrente, conforme demonstrado na fórmula dada abaixo, a perda surge como resultado do impacto da tensão de saturação do coletor-emissor VCE (sat), mesmo enquanto o dispositivo está conduzindo.

O VCE (sat) deve ser mínimo, uma vez que a perda pode causar geração de calor dentro do IGBT.
Perda (P) = tensão (V) × corrente (I)
Perda ao ligar: P (ligar) = VCE (sat) × IC

Perda de comutação: Como a perda de IGBT pode ser difícil de estimar usando o tempo de comutação, as tabelas de referência são incorporadas nas planilhas de dados relevantes para ajudar os projetistas de circuito a determinar a perda de comutação.

A Figura 24 abaixo demonstra as características de perda de chaveamento para o IGBT RBN40H125S1FPQ.

Os fatores Eon e Eoff são fortemente influenciados pela corrente do coletor, resistência da porta e temperatura operacional.

Eon (perda de energia ao ligar)

O volume de perda desenvolvido durante o processo de ativação do IGBT para uma carga indutiva, juntamente com a perda de recuperação na recuperação reversa do diodo.

O Eon é calculado a partir do ponto em que a tensão da porta é alimentada ao IGBT e a corrente do coletor começa a viajar, até o ponto em que o IGBT é completamente transitado para o estado LIGADO

Eoff (perda de energia de desligamento

É a magnitude da perda resultante durante o período de desligamento para cargas indutivas, que inclui a corrente de cauda.

Eoff é medido a partir do ponto onde a corrente da porta é cortada e a tensão coletor-emissor começa a subir, até o ponto de tempo em que o IGBT atinge um estado totalmente desligado.

Resumo

O dispositivo transistor bipolar de porta isolada (IGTB) é um tipo de dispositivo semicondutor de potência de três terminais que é basicamente usado como chave eletrônica e também é conhecido por fornecer uma combinação de comutação extremamente rápida e alta eficiência nos dispositivos mais novos.

IGBTs para aplicações de alta corrente

Uma variedade de aparelhos modernos, como VFDs (Vaiable Frequency Drives), VSFs (refrigeradores de velocidade variável), trens, sistemas estéreo com amplificadores de comutação, carros elétricos e condicionadores de ar usam transistor bipolar de porta isolada para comutar a energia elétrica.

Símbolo do modo de esgotamento IGBT

No caso de os amplificadores usarem transistor bipolar de porta isolada, muitas vezes sintetizam formas de onda que são complexas por natureza, juntamente com filtros passa-baixa e modulação de largura de pulso, pois o transistor bipolar de porta isolada é basicamente projetado para ligar e desligar em um ritmo rápido e rápido.

As taxas de repetição de pulso são alardeadas pelos dispositivos modernos que consistem em trocar de aplicação e caem bem dentro da faixa ultrassônica, que são as frequências que são dez vezes mais altas do que a frequência de áudio mais alta tratada pelo dispositivo quando os dispositivos são usados ​​na forma de um amplificador de áudio analógico.

Os MOSFETs que consistem em alta corrente e características de um simples gate-drive são combinados com os transistores bipolares que têm capacidade de baixa tensão de saturação pelo IGTB.

IGBTs são uma combinação de BJT e Mosfet

Um único dispositivo é feito pelo IGBT combinando o transistor de potência bipolar que atua como uma chave e uma porta isolada FET que atua como a entrada de controle.

O transistor bipolar de porta isolada (IGTB) é usado principalmente em aplicações que consistem em vários dispositivos que são colocados em paralelo entre si e na maioria das vezes têm capacidade de lidar com correntes muito altas que estão na faixa de centenas de amperes junto com uma tensão de bloqueio de 6000 V, que por sua vez é igual a centenas de quilowatts, usa potência média a alta, como aquecimento por indução, fontes de alimentação comutadas e controle do motor de tração. Transistores bipolares de porta isolada de tamanho grande.

IGBTs são os transistores mais avançados

O transistor bipolar de porta isolada (IGTB) é uma invenção nova e recente da época.

Os dispositivos de primeira geração que foram inventados e lançados na década de 1980 e nos primeiros anos da década de 1990 tiveram um processo de comutação relativamente lento e estão sujeitos a falhas por meio de diferentes modos, como latchup (em que o dispositivo continuará a ser ligado e não ligado desligado até que a corrente continue fluindo através do dispositivo), e colapso secundário (onde quando uma alta corrente flui através do dispositivo, um ponto de acesso localizado presente no dispositivo entra em fuga térmica e como resultado queima o dispositivo).

Muitas melhorias foram observadas nos dispositivos de segunda geração e os dispositivos mais novos no bloco, os dispositivos de terceira geração são considerados ainda melhores do que os dispositivos de primeira geração de reboque.

Novos Mosfets estão competindo com IGBTs

Os dispositivos de terceira geração consistem em MOSFETs com rivais de velocidade e tolerância e robustez de nível excelente.

Os dispositivos de segunda e terceira geração consistem em classificações de pulso extremamente altas, o que os torna muito úteis para gerar grandes pulsos de potência em diversas áreas como física de plasma e partículas.

Assim, os dispositivos de segunda e terceira geração substituíram principalmente todos os dispositivos mais antigos, como centelhadores acionados e tiratrons usados ​​nessas áreas da física de plasma e de partículas.

Esses dispositivos também atraem os entusiastas da alta tensão devido às suas propriedades de classificações de pulso alto e disponibilidade no mercado a preços baixos.

Isso permite que o amador controle grandes quantidades de energia para acionar dispositivos como gomas de mascar e bobinas de Tesla.

Os transistores bipolares de porta isolada estão disponíveis em uma faixa de preço acessível e, portanto, atuam como um habilitador importante para carros híbridos e veículos elétricos.

Cortesia: Renesas




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