TRANSISTOR IGBT

INTRODUCCION:

Durante muchos años se a buscado la forma de crear un dispositivo que fuese lo sufientemente veloz y que pudiese amnejar grandes cargas pero han surgido nuevas ideas con la union de un mosfet como dispositivo de disparo y un tbj de deispositivo de potoncia y de esta forma se llego a la invencion del igbt el cual sera expuesto en el siguiente documento

QUE ES EL IGBT:

La sigla IGBT corresponde a las iniciales de isolated gate bipolar transistor o sea transistor bipolar de puerta de salida

El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que combina los atributos del TBJ y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. El símbolo más comúnmente usado se muestra en la figura . Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenómeno de ruptura secundario como el TBJ.

El transistor bipolar de puerta aislada (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. La tensión de control de puerta es de unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

El IGBT de la figura es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones

SIMBOLOGIA:

Es un componente de tres terminales que se denominan GATE (G)

o puerta, COLECTOR (C) y EMISOR (E) y su símbolo corresponde al dibujo de la figura siguiente.

Su estructura microelectrónica es bastante compleja es por ello que lo describimos en base a su esquema equivalente.

CURVA CARACTERISTICA IGBT:

COMO FUNCIONA:

Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa que no existe ningún voltaje aplicado al gate. Si un voltaje VGS es aplicado al gate, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente ID es conducida y el voltaje VDS se va desde el valor de bloqueo hasta cero. LA corriente ID persiste para el tiempo tON en el que la señal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S. LA señal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado al gate G. Este voltaje, si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de 15, puede causar que el tiempo de encendido sea menor a 1 s, después de lo cual la corriente de drain iD 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 gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación de potencia en el gate es muy baja. EL IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal gate. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 micro segundos,

por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.

EL IGBT requiere un valor límite VGS(TH) para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa. Este es usualmente de 4 V. Arriba de este valor el voltaje VDS cae a un valor bajo cercano a los 2 V. Como el voltaje de estado de encendido se mantiene bajo, el gate debe tener un voltaje arriba de 15 V, y la corriente iD se autolimita. El IGBT se aplica en controles de motores eléctricos tanto de corriente directa como de corriente alterna, manejados a niveles de potencia que exceden los 50 kW.

CARACTERISTICAS A TENER EN CUENTA EN UN IGBT:

• IDmax Limitada por efecto Latch-up.• VGSmax Limitada por el espesor del óxido de silicio.• Se diseña para que cuando VGS = VGSmax la corriente de cortocircuito sea entre4 a 10 veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla duranteunos 5 a 10 μs. y pueda actuar una protección electrónica cortando desdepuerta.• VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como α es muy baja, seráVDSmax=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 esperanvalores mayores)• Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp.• La tensión VDS apenas varía con la temperatura ⇒ Se pueden conectar enparalelo fácilmente ⇒ Se pueden conseguir grandes corrientes con facilidad,p.ej. 1.200 o 1.600 Amperios.En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios kW y unpar de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.

A continuacion se presentan algunas de las presentaciones mas comunes de un IGBT.

Transistor IGBT

Símbolo más extendido del IGBT: Gate o puerta (G), colector (C) y emisor (E).

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia.

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 circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.

Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces, en particular 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.

[editar] Características

Sección de un IGBT.

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 energía como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. 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.

Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutacion 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 segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.

Circuito equivalentede un IGBT.

Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

HOLANecesito hacer algo tan simple como un transistos que trabaje en corte y saturacion ( tipo llave digital ) , el tema es que la tension de alimentacion debe ser de 15kv , para ello conseguimos 15 igbt de 1200v , la corriente no es importante y se van a colocar en serie para cumplir con este proposito, es decir , el emisor de uno con el colector de otro y asi hasta complatar los 15.la pregunta es como ago para disparar a cada igbt para que se comporte como uno solo , o sea , todos a la ves y la frecuencia de commutacion trabaja de 0 a 100hz como mucho ( muy baja frecuencia )la tension de control tampoco importa mucho

desde ya muchas gracias

   

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12-ago-2010  #2

Quyque82 

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Respuesta: disparo de igbt en serieSupongo que lo primero es que tendrás que utilizar un shofware para sincronizar las señales de disparo de los 15 IGBT's... Yo de software no se mucho, pero creo que algunas tarjetas de evaluación para emitir señales desde el ordenador no son muy difíciles de controlar si estudiaste controlas el matlab o algún programa parecido de gráficos tipo vhdl ect...

Hay muchas dudas en tu proyecto... ¿Cómo piensas enviar las señales de disparo? ¿Qué es lo que hace que la conmutación sea de esas frecuencias?, bueno ahora no se me ocurren más....A ver si alguien que utilice sofware electrónico te pueda orientar más.

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12-ago-2010  #3

FogonazoModerador

general 

Respuesta: disparo de igbt en serieYo en una oportunidad trabaje con un PWM como el que mencionas y el disparo era óptico, (Fibra óptica), no estoy seguro, pero creo que cada dispositivo poseía su propia fuente de alimentación para excitación flotante (Si mi memoria no me falla).

Hay 2 puntos a los que se le debe prestar atención, el sincronismo de todos los encendidos y la tensión sobre cada dispositivo en

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estado abierto, esto último se resolvía mediante un puente resistivo que distribuía la tensión equitativamente sobre todos los IGBT´s

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12-ago-2010  #4

mendo25 

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Respuesta: disparo de igbt en seriehola Quyque82

no mecesito una secuencia , se disparan a la ves , todos juntos para formar una llave electrinica que soporte 15kv , ya dispondo de los igbt que por costo es los mas conveniente.En relidad es bastante simple la idea , como en la figura se ve el equivalente de dicha llave sw1 son los arreglos de 15 igbt en serie de 1200v c/u , lo que necesito saber es como dispararlos todos a la ves, se puede controlar con un simple oscilador con un 555 para lograr la frecuencia de swicheo.Quisas te des cuenta que es un costo , eso no interesa , es una fuente continua a corriente contante controlada , esto se utiliza en un equipo de medicion para motores , actualmente esa llave es mecanica, nada presisa y arcaica. justamente el proyecto radica en mejorarloImágenes Adjuntas

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13-ago-2010  #5

Quyque82 

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Respuesta: disparo de igbt en serieHola. Con un 555 no sé si podrás aplicar la corriente necesaria o la tensión necesaria para disparar los igbts.

El circuito por simplicidad puede ser correcto uno de 555 más yo le añadiría tal vez una etapa amplificadora a la salida. Fíjate un poco en la respuesta de un forero de yahoo aquí:

http://es.answers.yahoo.com/question...0161502AA6n28j

2 transistores npn alimentados en la base por la misma señal pero en inversión de fase (no sé como se podrá hacer esto) y la salida es la unión Coletor-Emisor de los dos transistores....

Bueno, creo que tienes que cojer el datasheet de tus igbts y mirar que tensión de disparo necesitan y corriente. Luego cojes el

datasheet del 555 y miras uno de sus circuitos sencillito y luego piensas si acoplarle una etapa amplificadora a la salida del tipo

transistores... Y finalmente probar y probar jeje a ver si encuentras la mejor solución... un saludo

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13-sep-2010  #6

mendo25 

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Respuesta: disparo de igbt en seriegracias por la respuesta , ya lo solucione con un toroide en cada igbt disparados por una señal unica. con respecto a lo de cojer el datasheet de 555 y los igbt no me parese correcto , ademas eso es muy degenerado , jeje

bye...

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13-sep-2010  #7

FogonazoModerador

general 

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Respuesta: disparo de igbt en seriemendo25 dijo: hola Quyque82

no mecesito una secuencia , se disparan a la ves , .....No me refería a una secuencia de encendido, sino a que si NO accionas todos a un mismo tiempo exacto, recae sobre el último IGBT en ser activado toda la tensión y adiós IGBT.

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13-sep-2010  #8

mendo25 

Fecha de Ingreso: enero-2006Ubicación: Mendoza Argentina

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Respuesta: disparo de igbt en serieperdon fogonazo

no entendi lo que me decias, en teoria creo que tengo la solucion , es colocar un toroide en cada igbt y disparar todos mediante un pulso inducido en cada toroide , un cable que pase por dentro de cada uno , que indusca este pulso , luedo invertirlo para apagar los igbt. el original es asi solo que trabaja con tiristores y tiene

otra varieantes que es simila , no viene al casoCuando tenga alguna novedad lo publico para que sirva de referencia

gracias

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13-sep-2010  #9

Quyque82 

Fecha de Ingreso: agosto-2010Ubicación:

GaliciaMensajes: 126

Respuesta: disparo de igbt en serie

Hola mendo25. Enhorabuena . Me encantaría ver el esquema final que te ha quedado con los toroides o una foto del aparato...

Sería muy instructivo para mi. Chao gracias

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15-sep-2010  #10

rodri_go100 

Fecha de Ingreso: marzo-2009Ubicación:

Zaragoza, EspañaMensajes: 139

Respuesta: disparo de igbt en serieYo opino igual que Fogonazo, si no tienes en cuenta que los IGBT no son exactamente iguales, y que cada uno tardara mas o menos en dispararse (estamos hablando de nanosegundos), habra siempre uno que conmute antes, quedando los demás con mas tensión de la que aguantan, y adiós IGBTs.

La serialización de IGBTs es una cosa muy complicada de implementar que requiere de una electrónica de control bastante compleja que mide en todo momento las señales de los IGBT y los tiempos de conmutación y al mas rapido le introduce retardos para que conmuten todos a la vez, y recuerda que hablamos de nanosegundos .

Todo esto lo sé porque un compañero mio esta haciendo de proyecto de fin de carrera la parte de potencia de la serialización de IGBTs y otro esta haciendo la parte de control.

Así que o tienes en cuenta esto, o veras como se te rompen los IGBTs

Saludos