LECCIУN 18. TRANSISTORES DE POTENCIA

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Dispositivos semiconductores de potencia.
Interruptores
Tema VII.
Lección 18
El Transistor bipolar de puerta aislada
18. El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT) 18.1 Estructura interna y circuito
equivalente 18.2 Características
estáticas 18.3 Características dinámicas
18.4 Encapsuldos y datos de los
fabricantes
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18.1 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
IGBT de canal n

• Estructura de MOSFET más una capa p de colector.

• Los NPT-IGBT no tienen la capa n.

Símbolo y circuito equivalente sencillo
PT-IGBT (Punch-Through IGBT)
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18.2 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
IGBT de canal n
Características de transferencia
Características de salida

• VGS4 gt VGS3 gt ... gt VGS1

• La tensión de bloqueo inversa depende de la
  unión pn. Si la zona n se quita VRM aumenta.
• La característica por puerta es equivalente a la
  de un MOSFET.

• En estado de conducción es cualitativamente
  similar a un bipolar controlado en tensión.
• Son preferibles tensiones de puerta altas.

(En el IGBT de canal p cambia el sentido de
corrientes y tensiones).
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18.2 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
Bloqueo
IGBT de canal n
NPT-IGBT (Non Punch-Through IGBT)
Emisor
Óxido
Puerta

• Con VGS lt VGS(th), no hay canal y el interruptor
  está abierto.
• La tensión VCE cae en la unión pn-.
• La zona p está más inténsamente dopada.
• VCE,MAX es igual que la tensión de bloqueo.

n-
p
n
n
p
n
n
p
Colector
NPT-IGBT (Punch-Through IGBT)

• Apenas soporta tensión inversa, sólo unas decenas
  de voltios.

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18.2 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
Conducción

• Con VGSgtVGSth se forma canal.
• VCE de saturación cae en la unión pn-.
• La mayor parte de la corriente final va por el
  MOSFET.

MOSFET
VDSVBEVdrift RcanalID
VBE 0,7 ? 1 V. Vdrift menor que en el MOSFET por
modulación de la conductividad. RID comparable
con el MOSFET.
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18.3 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
Características dinámicas. Conmutación con carga
inductiva.
VGS
90
10
tdoff
VCE
90
Sobretensión
tf
tr
iC
Cola de apagado
90
tdon
Recup. inversa
10
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18.3 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
Características dinámicas. Conmutación con carga
inductiva.
La fórmula de las pérdidas es similar a la de un
transistor bipolar
Energía de entrada en conducción EON
Debe manejarse la recuperación inversa del
diodo.La conmutación dura más que tOFF.
Energía de salida de conducción EOFF
Aparece el fenómeno de cola de apagado.La
inductancia parásita provoca sobretensión.
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18.3 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
Características dinámicas. Conmutación con carga
inductiva.
Pérdidas en el diodo
Más rápidos que un bipolar.
V gt 500V
Menos pérdidas que un MOSFET.
I grande
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18.3 El transistor bipolar de puerta aislada
(IGBT)
Pérdidas totales en un IGBT
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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fabricantes
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fabricantes
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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18.4 Encapsulados y datos de catálogo de
fabricantes
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Conclusiones
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Conclusiones
1.- El transistor bipolar es un dispositivo en
que la conducción se hace mediante portadores
minoritarios. Esto se traduce en baja velocidad
de conmutación apenas unos pocos kHz. 2.- Al ser
lento apenas se usa actualmente en aplicaciones
de potencia. Para tensiones inferiores a 500 V ha
sido substituido por el MOSFET y para tensiones
superiores por el IGBT. 3.- El MOSFET es un
dispositivo en que la conducción se hace mediante
portadores mayoritarios. Macroscópicamente esto
se traduce en alta velocidad de conmutación. 4.-
Por tanto puede conmutar a decenas y centenares
de kHz. 5.- La resistencia de conducción directa
está directamente relacionada con la tensión de
bloqueo.
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Conclusiones
9.- El MOSFET es el interruptor que actualmente
presenta mejores características para tensiones
inferiores a 500V. 10.- Existen dispositivos de
1000V, pero sólo son útiles para bajas potencias
o altas velocidades de conmutación. 11.- A la
hora de seleccionar un MOSFET su parámetro más
importante es RON. 12.- El IGBT es un interruptor
con características de control parecidas al
MOSFET y características de salida similares al
transistor bipolar. 13.- El MOSFET es el
interruptor que actualmente presenta mejores
características para tensiones inferiores a
500V. 14.- Típicamente, el IGBT puede soportar
miles de voltios y conducir centenares de
amperios, conmutando a una frecuencia de decenas
de kHz