TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADAInsulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

INTRODUCCIN Por varios aos se ha buscado un dispositivo que fuera lo suficientemente rpido y pueda manejar surgiendo un hibrido de la unin de un MOSFET con un BJT, aprovechando la sencillez de ataque de los MOSFET la capacidad de conducir altas corrientes y baja resistencia en conduccin de los BJT, obtenindose el IGBT.QU ES UN IGBTLos IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) tienen algunas de las ventajas de los MOSFET, BJT y GTO combinados. Parecido al MOSFET, el IGBT tiene una puerta de alta impedancia que slo requiere una pequea cantidad de energa para conmutar el dispositivo. Igual que el BJT, el IGBT tiene un voltaje de estado activo pequeo, incluso en dispositivos con grandes voltajes nominales de bloqueo (por ejemplo, Venc es de 2 a 3 V en un dispositivo de 1 000 V).El IGBT es un dispositivo electrnico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutacin en sistemas de alta tensin. La tensin de control de puerta es de unos 15V, teniendo la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una seal elctrica de entrada muy dbil en la puerta.El IGBT resulta til para velocidades de conmutacin de hasta 20 KHz logrando sustituir al BJT en varias aplicaciones.

FIG.1. Smbolo de un IGBT.FUNCIONAMIENTOEl IBGT en un estado inicial se encuentra bloqueado. Por lo tanto no existe ningn voltaje aplicado al GATE (G). Si se aplica un voltaje (VGS) al GATE (G), el IGBT se encender 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 seal en el GATE (G) es aplicada. Para encender el IGBT, el terminal del DRENADOR (D) debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal FUENTE O SOURCE (S). LA seal 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, despus 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 as por una seal de voltaje en el gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipacin de potencia en el gate es muy baja.

Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa que no existe ningn 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 seal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S. LA seal 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, despus 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 as por una seal de voltaje en el gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipacin de potencia en el gate es muy baja.

EL IGBT se apaga simplemente removiendo la seal de voltaje VG de la terminal gate. La transicin del estado de conduccin al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 micro segundos, por lo que la frecuencia de conmutacin puede estar en el rango de los 50 kHz.

EL IGBT requiere un valor lmite 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 elctricos tanto de corriente directa como de corriente alterna, manejados a niveles de potencia que exceden los 50 kW.

Este dispositivo aparece en los aos 80Mezcla caractersticas de un transistor bipolar y de un MOSFETLa caracterstica de salida es la de un bipolar pero se controla por tensin y no por corriente

Alta capacidad de manejar corriente (como un bipolar)Facilidad de manejo (MOSFET)

Menor capacidad de conmutacin (Bipolar)No tiene diodo parsito

Estructura del IGBT

Es similar a la de un MOSFETSlo se diferencia en que se aade un sustrato P bajo el sustrato NEs el dispositivo ms adecuado para tensiones > 1000 VEl MOSFET es el mejor por debajo de 250 VEn los valores intermedios depende de la aplicacin, de la frec.,etc.

El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones: Bajo ciclo de trabajo Baja frecuencia (< 20 kHz) Aplicaciones de alta tensin (>1000 V) Alta potencia (>5 kW)Aplicaciones tpicas del IGBT Control de motores Sistemas de alimentacin ininterrumpida Sistemas de soldadura Iluminacin de baja frecuencia (