igbt

1. IGBT
Integrantes:
Cu Arroyo Jamin.
Diego González José
Juan.
Razo Romero Jesús.
Sánchez Corona
Brenda.

2. 1. INTRODUCCIÓN
Durante mucho tiempo se buscó la forma de obtener un dispositivo que
tuviera una alta impedancia de entrada y que fuera capaz de manejar
altas potencias a altas velocidades, esto dio lugar a la creación de los
transistores bipolar de puerta aislada (IGBT).
IGBT
Dispositivo semiconductor que se aplica como interruptor controlado
en circuitos de electrónica de potencia.

3. ANTECEDENTES
El primer transistor IGBT fue creado en los
años 80´s, propenso a entrar
abruptamente en conducción, la segunda
y la tercera generación fueron mejorando,
obteniendo mayor velocidad y excelente
robustez, así como mayor tolerancia a la
carga.

4. DEFINICIÓN
La sigla IGBT corresponde a las iniciales de Isolated Gate Bipolar
Transistor, es decir, transistor bipolar de puerta aislada.
El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que
combina los atributos del BJT y del MOSFET.

5. CARACTERÍSTICAS COMPARTIDAS CON EL MOSFET Y
EL BJT
•Alta impedancia de entrada (MOSFET)
•Alta capacidad de manejar corriente (BJT)
•Fácil manejo controlable por voltaje (MOSFET)
•Sin problemas de segunda ruptura (BJT)
•Bajas perdidas de conducción en estado activo (BJT)

6. ESTRUCTURA
El IGBT es un dispositivo semiconductor
de cuatro capas que se alternan (PNPN).
También el IGBT es un dispositivo
unidireccional que es de colector a
emisor a diferencia de MOSFET que
tienen capacidades de conmutación de
corriente bidireccional.
La estructura del IGBT es similar a la del
MOSFET, pero con la inclusión de una
capa P+ que forma el colector del IGBT.

7. Se activa cuando se le aplica una tensión positiva
en su compuerta y ante una polarización positiva
entre Colector y Emisor.
Dispositivo para la conmutación en sistemas de
alta tensión. La tensión de control de puerta es de
unos 15 V.
Ofrece la ventaja de controlar sistemas de
potencia aplicando una señal eléctrica de entrada
muy débil en la puerta.
Pueden conducir alrededor de los 1200 V y los
400 A.

8. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
 4 capas PNPN
 3 Terminales
 Dispositivo controlado por voltaje
 Menores pérdidas de conmutación y de
conducción
 Facilidad de excitación en compuerta
 Velocidad de conmutación es inferior a la de
MOSFET

9. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES
 4 capas PNPN
 3 Terminales
 Dispositivo controlado por voltaje
 Menores pérdidas de conmutación y de conducción
 Facilidad de excitación en compuerta
 Velocidad de conmutación es inferior a la de MOSFET

10. FUNCIONAMIENTO
Encendido
Este proceso sucede cuando se le es
aplicado un voltaje positivo en el Gate y
el dispositivo se encuentra polarizado
directamente, el IGBT enciende
inmediatamente y la corriente es
conducida entre Colector y Emisor.

11. Apagado
El IGBT se apaga simplemente removiendo el
Voltaje del Gate. La transición del estado de
conducción al estado de bloqueo puede tomar
apenas 2 microsegundos, por lo que la
frecuencia de conmutación puede estar en el
rango de los 50 kHz.

12. FRECUENCIA Y POTENCIA DE CONMUTACIÓN
Hablando de frecuencia de conmutación el IGBT está en una media
entre el MOSFET Y el BJT ya que el IGBT alcanza frecuencias de 100 kHz,
siendo superado por el MOSFET que puede alcanzar hasta 300 KHz
En cuanto a potencia de conmutación el IGBT proporciona mas que el
resto

13. APLICACIONES
 Generalmente se aplica a circuitos de
potencia como dispositivo para la
conmutación en sistemas de alta
tensión.
 Control de motores
 Se usan en los variadores de frecuencia
 Máquinas eléctricas
 Sistemas de soldadura
 Convertidores de potencia (Automóvil,
Tren, Metro, Autobús, Avión, Barco,
Ascensor, Electrodoméstico, Televisión,
Domótica, Sistemas de Alimentación
Ininterrumpida, etc.).

14. VENTAJAS DESVENTAJAS
Posee una puerta (Gate) como los FET para la
entrada de control de bajo voltaje
No son dispositivos ideales, tienen relativa
baja velocidad de respuesta (20KHz)
Tiene las características de conducción del
BJT, conduciendo por encima de los 300 Volts
y los 100 Amperes
No siempre tienen un diodo de protección
entre el colector y el emisor.
Puede trabajar con varios miles de Voltios y
corrientes elevadas que permiten hablar de
cientos de Kilowatts de potencia controlada
Coeficiente de temperatura negativo, podría
conducir al dispositivo a una deriva térmica
muy difícil de controlar. Tienen
comportamiento dependiente de la
temperatura
IGBT

15. LATCH UP
Es un error que puede existir dentro del dispositivo.
A lo que se refiere es que un componente de la corriente viaja en forma recta entre
drenaje-fuente. La mayoría de esta es atraída por la capa de inyección.
Si la tensión que se le aplica es lo bastante grande, se crea un tiristor parasito,
provocando la activación de el dispositivo sin necesidad del Gate.

16. Maneras de evitar el Latch up
El usuario tiene la responsabilidad de diseñar circuitos que reduzcan corrientes en
exceso
El fabricante puede incrementar la corriente crítica necesaria para iniciar el Latch up
disminuyendo la resistencia de extensión del cuerpo (p), esto se hace de dos formas:
1. La región del cuerpo (p) se hacen particiones en 2 zonas con densidades de dopaje
distintos: la zona del canal donde se forma la inyección está dopada moderadamente y
la otra zona del cuerpo (p) debajo de la fuente (n+) se dopa mucho más.
Esto hace que la resistencia lateral sea más pequeña.

17. 2. Eliminando una de las zonas de fuente de la celda básica del IGBT. Esto permite que la corriente
circule por el lado de la celda donde se retiró la fuente.
El fabricante del dispositivo especifica la corriente del drenaje pico permisible que fluye sin que se
presente el Latch-up.
Con estas acciones, el problema del latch-up en los IGBT se reduce considerablemente. Los transistores
IGBT modernos son en esencia resistentes a este problema.

18. 2. CIRCUITO PRINCIPAL DE APOYO
Al polarizar el IGBT de manera directa entre colector y emisor (cerrando el switch S1) el foco
permanecerá apagado mientras no se aplique tensión al gate. Al cerrar el switch S2, el IGBT
conmuta a su estado de baja impedancia y empieza a conducir entre colector y emisor,
encendiendo el foco.

19. 3.DESARROLLO ANALÍTICO

20. 4. EJEMPLO NUMÉRICO
Tomando en cuenta el circuito principal de apoyo , suponga que se tiene una
fuente de alimentación C.D de 20 V, un foco de 14 V_1.6 W y una fuente de
alimentación de carga de 14 V. Calcular la corriente en el colector, y la
pérdida de potencia en conducción que tendrá el transistor IGBT, en estado
activo.
 Corriente máxima de colector:
Ic(max) =
V1−VCE(SAT)
RL
≅
V1
RL
Ic(max) ≅
14 V
116.7Ω
= 0.12 A = 120 mA

21.  Corriente promedio de colector:
IC(PROM) =
tON
tON+tOFF
. Ic(max)
IC(PROM) =
31 ns
31 ns+100 ns
. 0.12 A = 28.39 m A
 Pérdida de potencia promedio en conducción:
PRl(PROM) =
tON
tON−tOFF
IC MAX
2
Rl
PRl PROM =
31 ns
31 ns+100 ns
0.12 A 2
∗ 116.7Ω = 0.397 W

22. 5. DISEÑO DE UNA PRÁCTICA
Material
IGBT matrícula IRG4BC10UD
1 resistencia 1 k-ohm
1 protoboard
1 foco de 12V-60W
Equipo
Puntas osciloscopio
Fuente AC
Fuente DC
Osciloscopio

23. En la señal del osciloscopio se puede apreciar que al presentarse la
señal de entrada positiva en la puerta del dispositivo empieza a
aumentar el voltaje entre el foco, lo cual nos indica que empieza a
haber un flujo de corriente cuando la puerta se energiza
positivamente.

24. 6.MAPA
CONCEPTUAL

25. CUESTIONAR
IO.
7.Preguntas.
1.- ¿Qué es el IGBT?
2.- ¿Cuál es el significado de las siglas IGBT?
3.- ¿Cuáles son las tres terminales de un transistor IGBT?
4.- ¿Cuál es la estructura del IGBT?
5.- ¿Cómo se enciende y se apaga el IGBT?
6.- ¿Cuándo entra en estado de bloqueo el IGBT?
7.- ¿Por qué el IGBT es una combinación del BJT y MOSFET?
8.- ¿Qué características de los MOSFET y los BJT presenta un IGBT?
9.- ¿Qué es el Latch-up en un IGBT?
10.- ¿Qué voltajes y corrientes soportan los IGBT?

26. PREGUNTA
S Y
RESPUEST
AS.
1.- ¿Qué es el IGBT?
Es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor
controlado en circuitos de electrónica de potencia.
2.- ¿Cuál es el significado de las siglas IGBT?
Las siglas IGBT corresponden a las iniciales Insolated-Gate Bipolar Transistor
(transistor bipolar de puerta aislada).

27. 3.- ¿Cuáles son las tres terminales de un transistor IGBT?
Gate o puerta (G), colector (C) y emisor (E).
4.-¿Cuál es la estructura del IGBT?
Es un dispositivo semiconductor de cuatro capas que se
alternan (PNPN) que son controlados por un metal-óxido-
semiconductor (MOS) y cuenta con un total de tres terminales.

28. 5.-¿Cómo se enciende y se apaga el IGBT?
Para el encendido el dispositivo se polariza de manera directa y
se aplica un voltaje positivo necesario en la compuerta (Gate),
dejando así conducir la corriente entre colector y emisor. Para
el apagado, simplemente se remueve el voltaje del Gate.
6.-¿Cuándo entra en estado de bloqueo el IGBT?
Cuando se remueve el voltaje del Gate, apagando el dispositivo
y pasando de un estado de conducción a un estado de bloqueo.

29. 7.-¿Por qué el IGBT es una combinación del BJT y MOSFET?
Esto se debe a que posee una compuerta (Gate) como un
MOSFET, pero con las características de conducción de un BJT.
8.-¿Qué características de los MOSFET y los BJT presenta un
IGBT?
MOSFET: Alta impedancia de entrada. Es controlado por voltaje.
Facilidad de excitación de compuerta.
BJT: Bajas pérdidas de conducción en estado activo.

30. 9.-¿Qué es el Latch-up en un IGBT?
Es un error que puede existir dentro del dispositivo; sé crea por una
conducción de corriente directa entre fuente y drenaje si la tensión
que se le aplica es lo bastante grande y se crea un tiristor parásito,
activando el dispositivo sin necesidad del Gate.
10.-¿Qué voltajes y corrientes soportan los IGBT?
Pueden conducir alrededor de los 1200 V y los 400 A, habiendo
dispositivos que alcanzan valores mayores, siendo estos de (2100-
3300 V) y corrientes de hasta 600 A.

31. 8.REFERENCIAS
Muhammad H. Rashid. Electrónica de Potencia (Circuitos, dispositivos y
aplicaciones). 3° Edición, 18 Capítulos, 904 páginas. Capítulo 4:147-149.
Impreso en México.
Muhammad H. Rashid, Hasan M. Rashid. (2006). SPICE for Power Electronics
and Electric Power. CRC Press. 2° edición. 15 capítulos. 552 páginas. Nueva
York.
S. Rama Reddy. Fundamentals of POWER ELECTRONICS. 1° Edición. 12
Capítulos. 190 páginas. Capítulo 1:20. Impreso en India
Mohan, Ned, Undeland, Tore M. y Robbins, William P. (2009) Electrónica de
Potencia. Convertidores aplicaciones y diseño. Tercera edición. McGraw Hill:
México. Capítulos 30. Páginas 701
Neoteo.com,
http://www.neoteo.com/igbt-mosfet-electronica-de-potencia (septiembre 2,
2019)