Electrónica de potencia - IGBT

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un dispositivo semiconductor con tres terminales y se utiliza principalmente como interruptor electrónico. Se caracteriza por una conmutación rápida y una alta eficiencia, lo que lo convierte en un componente necesario en electrodomésticos modernos como balastos de lámparas, automóviles eléctricos y variadores de frecuencia (VFD).

Su capacidad para encenderse y apagarse rápidamente lo hace aplicable en amplificadores para procesar patrones de onda complejos con modulación de ancho de pulso. IGBT combina las características de los MOSFET y BJT para lograr una capacidad de voltaje de alta corriente y baja saturación respectivamente. Integra una puerta aislada mediante FET (transistor de efecto de campo) para obtener una entrada de control.

Símbolo IGBT

La amplificación de un IGBT se calcula por la relación entre su señal de salida y su señal de entrada. En los BJT convencionales, el grado de ganancia (β) es igual a la relación entre su corriente de salida y la corriente de entrada.

IGBT tiene un valor muy bajo de resistencia de estado ON (RON) que un MOSFET. Esto implica que la caída de voltaje (I ² R) a través del bipolar para una operación de conmutación particular es muy baja. La acción de bloqueo hacia adelante del IGBT es similar a la de un MOSFET.

Cuando se utiliza un IGBT como interruptor controlado en un estado estático, su corriente y voltaje son iguales a los del BJT. Por el contrario, la puerta aislada en IGBT facilita la conducción de cargas BJT y, por lo tanto, se requiere menos energía.

IGBT se enciende o apaga según si su terminal de puerta se ha activado o desactivado. Una diferencia de potencial positiva constante a través de la puerta y el emisor mantiene el IGBT en el estado ON. Cuando se elimina la señal de entrada, el IGBT se apaga.

Principio de funcionamiento de IGBT

IGBT requiere solo un pequeño voltaje para mantener la conducción en el dispositivo, a diferencia de BJT. El IGBT es un dispositivo unidireccional, es decir, solo puede encenderse en la dirección de avance. Esto significa que la corriente fluye desde el colector al emisor a diferencia de los MOSFET, que son bidireccionales.

Aplicaciones de IGBT

El IGBT se utiliza en aplicaciones de potencia media a ultra alta, por ejemplo, motores de tracción. En IGBT grande, es posible manejar alta corriente en el rango de cien amperios y voltajes de bloqueo de hasta 6kv.

Los IGBT también se utilizan en dispositivos electrónicos de potencia como convertidores, inversores y otros aparatos donde es necesaria la conmutación de estado sólido. Los bipolares están disponibles con alta corriente y voltaje. Sin embargo, sus velocidades de conmutación son bajas. Por el contrario, los MOSFET tienen altas velocidades de conmutación aunque son costosos.