TRANSISTORES BIPOLARES DE PORTA ISOLADA (IGBT)

O transistor bipolar de porta isolada (IGBT) mescla as características de baixa queda de tensão no estado ligado do BJT com as excelentes características de chaveamento do MOSFET.Os IGBTs estão substituído os MOSFETs em aplicações de alta tensão, nas quais as perdas na condução precisam ser mantidas em valores baixos.Embora as velocidades de chaveamento dos IGBTs sejam maiores (até 50 kHz) do que as dos BJTs, são menores do que as dos MOSFETs.Portanto, as freqüências máximas de chaveamento possíveis com IGBT ficam entre as dos BJT e as dos MOSFETs.A Figura abaixo mostra o símbolo do um IGBT canal (N) e seu equivalente, constituído por um MOSFET e um BJT. O IGBT possui três terminais: a porta (G), o coletor (C) e o emissor (E).

IGBT e seu equivalente constituído por um MOSFET e um BJT

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

A operação do IGBT é muito similar à dos MOSFETs de potência.Para colocá-lo no estado ligado, basta polarizar positivamente o terminal coletor (C), em relação ao terminal emissor (E).Uma tensão positiva (VGE) aplicada na porta em relação ao emissor fará o dispositivo passar para o estado ligado quando a tensão na porta exceder a tensão de limiar (VGE(TH).O IGBT passará para o estado desligado no momento em que houver a anulação do sinal de tensão do terminal de porta.

CURVA CARACTERÍSTICA DE TENSÃO-CORRENTE DO IGBT

A curva característica (V-I) mostrada na figura abaixo representa a corrente de coletor (IC) versus a tensão coletor-emissor (VCE). Quando não houver tensão aplicada na porta, o IGBT estará no estado desligado, no qual a corrente (IC) é igual a zero e a tensão através da chave é igual à tensão da fonte.Se a tensão (VGE > VGE( TH )) for aplicada na porta, o dispositivo passará para o estado ligado e permitirá a passagem da corrente (IC). A corrente de coletor é limitada pela tensão da fonte e pela resistência da carga.No estado ligado, a tensão(VCE) através da chave e próxima de zero.

Curva característica do IGBT

IGBT OPERANDO COM CHAVE

Estado ligado.

O IGBT entrará em condução se a tensão VGE > VGE (th).

Estado desligado

O IGBT entrará em corte de VGE < VGE (th).

PERDAS NO IGBT

A perda de potência no IGBT durante o estado ligado é dado pela equação

DADOS QUE DEVEM SER RETIRADOS DOS DATA SHEETS

VCEMAX → Tensão de coletor emissor máximaVCE(sat) → Tensão de coletor emissor na saturação.IC max → Corrente de coletor máxima.VGE → Tensão de gate emissor.VGE (th) → Tensão de gate emissor mínima para o disparo.PD → Potência dissipada.TJmax → Temperatura de junção máxima.Rth j-c → Resistência térmica junção caixa.Rth c-r → Resistência térmica caixa radiadorVF → Tensão direta no diodo de retorno.IF → Corrente direta no diodo de retorno.

EXEMPLO DE APLICAÇÃO