Electrnica de Potencia

Bloque I

Tema 1

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TRANSISTORES IGBT

Caractersticas: Tiene alta impedancia de entrada y pocas perdidas por conduccin en

estado activo. No tiene problema de segunda avalancha. Por el diseo y la estructura del

microcircuito, se controla la resistencia equivalente de drenaje a fuente para que se comporte

como un BJT. Aunque su seccin transversal es idntica a la de un MOSFET, a excepcin del

substrato , su rendimiento se parece ms al de un BJT. Es un dispositivo controlado por

voltaje.

Requiere un circuito de control muy simple. Tiene menores perdidas de conmutacin y de

conduccin, y al mismo tiempo comparte muchas de las propiedades adecuadas de los

MOSFET de potencia, con la facilidad de excitacin de compuerta, corriente pico, buenas

caractersticas y robustez.

En la siguiente imagen podemos observar la seccin transversal de la estructura de

silicio de un IGBT.

Construccin: Se hace a partir de cuatro capas alternas PNPN y puede tener retencin

como un tiristor (si se da la condicin adecuada). La capa de acoplamiento y la ancha base

epitaxial reducen la ganancia de la terminal NPN por diseo interno, evitando as la retencin.

Estructuras: la de perforacin (PT, punch-through) y la de no perforacin (NPT, non

punch-through).

PT: El tiempo de conmutacin se reduce usando una capa de acoplamiento n

muy dopada, en la regin de corrimiento cerca del colector.

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NPT: Los portadores tienen una vida mayor, lo que causa modulacin de

conductividad de la regin de corrimiento y reduce la cada de voltaje en estado

encendido.

Control por voltaje: Para el encendido se hace positiva la compuerta con respecto al

emisor, los portadores n son atrados al canal p cerca de la regin de la compuerta,

produciendo una polarizacin en directa de la base del transistor npn. Solo se enciende

aplicndole un voltaje de compuerta , para que el canal desaparezca.

A continuacin podemos ver unas imgenes del circuito equivalente (izquierda) y el

circuito simplificado (derecha).

En la siguiente imagen podemos ver el smbolo y el circuito de un IGBT interruptor.

Las tres terminales son compuerta, colector y emisor.

Curvas caractersticas de salida tpicas y de transferencia: Los parmetros y sus

smbolos se parecen a los de los MOSFET, excepto que cambian los subndices para fuente y

drenaje, a emisor y colector, respectivamente. La especificacin puede llegar hasta 1200 V,

400 A , y la frecuencia de conmutacin puede ser de hasta 20KHz.

A continuacin podemos observar una imagen de las curvas caractersticas de salida tpicas, de

en funcin de para diversos voltajes de compuerta a emisor (derecha) y la de

transferencia de en funcin de :

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Aplicaciones: Potencias intermedias (propulsores de motor de cd y de ca, fuentes de

corriente, relevadores de estado slido y contractores). A medida que los limites superiores de

sus especificaciones disponibles aumentan (ej: 6500V y 2400 A) van sustituyendo a los BJT y

MOSFET.

Bibliografa:

1. Electrnica de Potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones.

Muhammad H.Rashid