¿Qué es un IGBT?
Se denomina IGBT a un transistor bipolar de puerta aislada. La abreviatura de su nombre es IGBT.
Un circuito equivalente puede considerarse en una configuración de circuito de transistor compuesto con un MOSFET de canal N a la entrada y un transistor bipolar de tipo PNP en la salida. Por otra parte, como puede decirse que la estructura tiene un MOSFET en la base de la sección del transistor bipolar, puede generar una corriente de salida muy grande para una corriente pequeña.
Se trata de un semiconductor de alto rendimiento con una tensión de ruptura más alta y menores pérdidas que el MOSFET que sirve de base. El IGBT se desarrolló en Japón en los años 80, y su estructura en aquel momento se denominaba de tipo punch-through.
En los últimos años, con el avance de los procesos de fabricación de obleas, los dispositivos IGBT se han hecho más pequeños y menos caros, y ahora se fabrican dispositivos IGBT sin perforación y con detención de campo.
Usos de los IGBT
Los IGBT se utilizan habitualmente en variadores de velocidad y convertidores de potencia debido a su alta velocidad en condiciones de funcionamiento de alta potencia.
También se utilizan mucho en circuitos inversores para cocinas de inducción, lavadoras y aparatos de aire acondicionado, así como en el control de potencia de grandes electrodomésticos, como impresoras. Con la reciente tendencia hacia la conservación de la energía, el uso de los IGBT, que pueden reducir la pérdida de potencia, se está extendiendo aún más.
Principios de los IGBT
Los IGBT tienen la estructura de un MOSFET a la entrada y un transistor bipolar a la salida, como se explica al principio de este artículo, y sus características son una combinación de las de cada uno.
Debido a los dos tipos de portadoras, su velocidad de conmutación es más lenta que la de un MOSFET pero más rápida que la de un transistor bipolar, y su tensión de resistencia es mejor que la de un MOSFET. Cuando se aplica tensión desde la puerta, que es la parte de entrada de la terminal, la corriente fluye desde el MOSFET y conduce al semiconductor de tipo P, que a su vez amplifica una pequeña cantidad de corriente, como es la naturaleza de los transistores bipolares, permitiendo que fluya una gran corriente entre el emisor y el colector.
Además, la modulación de la conductividad se produce como en un transistor bipolar, de modo que se puede reducir la resistencia a la conexión y aumentar la densidad de corriente. Como se produce una caída de tensión constante entre el colector y el emisor, las pérdidas pueden ser menores que con los MOSFET cuando la corriente es alta.
Más Información sobre los IGBT
1. Acerca de los Circuitos Inversores que utilizan IGBTs
Un circuito inversor es un circuito de conversión de CC a CA utilizado en parejas con un circuito convertidor de CA a CC. Los IGBT se utilizan en este circuito inversor para dar salida a CA con una tensión y frecuencia diferentes.
Los IGBT se conmutan para ajustar el intervalo de encendido/apagado y la anchura del impulso. Al generar y dar forma a diferentes ondas de pulso, la onda de pulso se aproxima más a una onda sinusoidal. Es lo que se denomina modulación de la anchura de los impulsos.
Las funciones de los electrodomésticos se controlan cambiando la velocidad del motor mediante la conversión de frecuencia por modulación de anchura de pulso. Los IGBT se utilizan ampliamente en electrodomésticos como aires acondicionados, frigoríficos, motores industriales y fuentes de alimentación de ordenadores.
2. Diferencias entre IGBT y MOSFET
Los IGBT suelen describirse como una combinación de MOSFET y BJT (transistores de unión bipolar), pero presentan algunos inconvenientes en comparación con los MOSFET. Los IGBT tienen una tensión ascendente que presenta un desplazamiento debido a su configuración, especialmente en el rango de baja corriente. En general, los dispositivos MOSFET tienen VDs más bajos que los IGBT, especialmente en el rango de baja corriente.
Los IGBT se centran principalmente en el rango de corrientes medias y altas, por lo que presentan una menor resistencia a la conexión que los MOSFET en este rango. Aún así, para aplicaciones en las que la eficiencia en el rango de baja corriente es esencial, los MOSFETs tienen mejores características. = 2V, los MOSFETs son superiores en eficiencia, mientras que los IGBTs son superiores a tensiones más altas.
3. Acerca de los Módulos IGBT
Los IGBT son dispositivos complejos y se requiere mucho esfuerzo ensamblarlos para poder controlar su funcionamiento desde cero. Por ello, se comercializan ampliamente módulos IGBT que combinan procesamiento de señales, amplificación, circuitos de protección, diodos parásitos y otros componentes de la parte de control en un módulo compuesto.
Dado que los IGBT son transistores propensos a averiarse si se supera su SOA (Safety Operation Area) o sus valores nominales máximos absolutos, algunos de ellos incorporan circuitos de protección. Los IGBT se desarrollaron para alcanzar tanto la tensión soportada como la velocidad de conmutación, y se han ido mejorando a lo largo de los años. En esta área de dispositivos de potencia, recientemente se han empezado a introducir dispositivos semiconductores de potencia que utilizan nuevos materiales semiconductores compuestos, como el SiC y el GaN.
Estos dispositivos semiconductores de potencia de nueva generación permiten operaciones de conmutación más rápidas que los IGBT y tienen tensiones de ruptura superiores, por lo que la investigación y el desarrollo de estos dispositivos han sido cada vez más activos en los últimos años. Sin embargo, aún quedan cuestiones por resolver, como el coste y el suministro, y no se espera que sustituyan a todo el mercado actual de IGBT.