¿Qué es un Módulo IGBT?
Un módulo IGBT es un módulo altamente integrado que integra varios IGBT (transistores bipolares de puerta aislada) en un solo módulo.
Los IGBT se inventaron en Japón a finales del periodo Showa (1926-1989) combinando las ventajas del transistor bipolar de tipo de control de corriente de base utilizado convencionalmente y el transistor de efecto de campo (FET) de tipo de control de tensión de puerta, cuyos puntos débiles se mejoraron, con estructuras de dispositivos e innovaciones de proceso.
Inicialmente llamados transistores bipolares de puerta aislada, más tarde se denominaron IGBT, acrónimo de “Insulated Gate Bipolar Transistor” (transistor bipolar de puerta aislada).
Usos de los Módulos IGBT
Hoy en día se denomina tecnología de electrónica de potencia, pero en su momento los IGBT eran una tecnología del mundo especial sólo para especialistas que no veía la luz del día muy a menudo. Sin embargo, con la introducción de los inversores (tecnología de conversión de potencia para ahorrar energía) en aparatos eléctricos como los acondicionadores de aire con inversor y el desarrollo de módulos compactos de alto rendimiento para componentes, las aplicaciones de los módulos IGBT alojados en su interior se han extendido de forma espectacular, sobre todo en productos de alta potencia.
Hoy en día, es bien sabido que los IGBT y sus Módulos IGBT se utilizan habitualmente en productos que requieren grandes cantidades de potencia.
Principios de los Módulos IGBT
El IGBT es un semiconductor de potencia creado por Japón que ha marcado una época. Utiliza una estructura de transistor bipolar convencional para las partes por las que circula gran cantidad de corriente, y cambia la parte de la base, que es la parte de control del bipolar, por una estructura de circuito de puerta FET (antes sólo se utilizaba en circuitos de señal para sistemas de potencia débil y capaz de controlar a alta velocidad con pocas pérdidas). Semiconductores de potencia. Los Módulos IGBT son módulos compactos de alta funcionalidad que contienen varios IGBT, incluidos diodos para los circuitos de protección y circuitos integrados para los circuitos de accionamiento.
Los IGBT también existen como componentes discretos, y es posible construir un circuito similar al de un módulo como componente único. Sin embargo, cuando un circuito se construye como un único elemento, el tamaño de la placa suele ser más del doble que el de un módulo, y existe la preocupación de que el cableado del patrón de la placa pueda causar retrasos en la señal, inestabilidad y otros fallos de funcionamiento, lo que plantea una serie de retos para el usuario.
En cambio, la modularización permite un montaje con cableado de alta densidad y fiabilidad gracias a una mejor disipación del calor, lo que hace relativamente fácil que los usuarios apliquen los IGBT a sus propios productos. Esta es la mayor ventaja de utilizar Módulos IGBT en lugar de IGBTs por sí solos.
Como ejemplo práctico de un módulo IGBT, se ilustra un módulo que contiene seis IGBT que accionan un motor sin escobillas convencional. El módulo se caracteriza porque su envoltura está rellena de material aislante y el cableado interior es lo más corto y grueso posible para reducir las pérdidas eléctricas.
También se añade un disipador de calor, lo que permite que los IGBT funcionen con unas pérdidas claramente inferiores y una mayor disipación del calor que cuando se montan en una placa como una sola unidad. Así pues, la modularización de los IGBT permite tanto un funcionamiento de alta eficiencia como un equipo más pequeño en comparación con los componentes individuales (discretos).
Más Información sobre Módulos IGBT
Evolución de los Módulos IGBT (IPM)
Actualmente, los Módulos IGBT también se conocen como IPM (Intelligent Power Modules), que contienen controladores de alta tensión que solían ser externos a los IGBT. Con el fin de mejorar aún más el rendimiento y la funcionalidad de los módulos convencionales que integran varios IGBT en un único encapsulado, los módulos IGBT suelen denominarse IPM, que integran circuitos integrados de controladores específicos de IGBT y varios circuitos integrados de circuitos de protección contra el sobrecalentamiento por sobrecorriente junto con los IGBT, y también ofrecen medidas compactas de disipación del calor.
IPM es un campo en el que Japón, creador de los IGBT, lidera el mundo como tecnología en la que destaca. El campo de la electrónica de potencia que utiliza nuevos materiales semiconductores como el SiC y el GaN, que son semiconductores de banda prohibida ancha, también ha experimentado un auge recientemente, y existe un movimiento para sustituir los IGBT sobre sustratos de Si por SiC-MOSFET y GaN-FET con propiedades aún mejores, como se ejemplifica en el sector de los vehículos eléctricos, como los EV. También hay una tendencia a sustituir los IGBT sobre sustratos de Si por SiC-MOSFET y GaN-FET, que tienen propiedades aún mejores, como en el sector de los vehículos eléctricos y otros.
Sin embargo, estos nuevos sustratos de materiales semiconductores aún no son comparables a los de Si en cuanto a diámetro de oblea, coste y capacidad de fabricación, por lo que, de momento, dispositivos y módulos seguirán separados en cuanto a aplicaciones de producto.