El documento proporciona información sobre los transistores IGBT (transistores bipolares de puerta aislada). Explica que los IGBT combinan las características de los transistores BJT y MOSFET, actuando como interruptores electrónicos de alta potencia. Se describen la estructura, símbolo, curvas características, aplicaciones y operación física de los IGBT. Adicionalmente, se discuten temas como el encendido accidental y las áreas de operación segura.

1. TRANSISTOR IGBT
FUNDAMENTOS DE LA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
JUNIO
2019

2. ¿Qué es un IGBT?
Es un transistor bipolar de
compuerta aislada que comparte
las características de los BJT y los
MOSFET.
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3. ESTRUCTURA
BASICA DEL IGBT
El IGBT es un dispositivo
semiconductor de cuatro capas
que se alternan (PNPN) que son
controlados por un metal-óxido-
semiconductor (MOS), estructura
de la puerta sin una acción
regenerativa.
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4. ESTRUCTURA
BASICA DEL IGBT
Este dispositivo posee la
característica de las señales de
puerta de los transistores de efecto
campo con la capacidad de alta
corriente y bajo voltaje de saturación
del transistor bipolar, combinando
una puerta aislada FET
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5. Curva Característica
del IGBT:
Consideremos que el IBGT se encuentra bloqueado inicialmente. Esto significa
que no existe ningún voltaje aplicado al gate. Si un voltaje VGS es aplicado al
gate, el IGBT enciende inmediatamente, la corriente ID es conducida y el voltaje
VDS se va desde el valor de bloqueo hasta cero.
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6. SIMBOLOGÍA
Es un componente de tres
terminales que se denominan
GATE (G) o puerta, COLECTOR
(C) y EMISOR (E) y su símbolo
corresponde al dibujo de la figura
siguiente.
.
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7. APLICACIONES
El IGBT es un dispositivo
electrónico que generalmente
se aplica a circuitos de
potencia. Este es un
dispositivo para la
conmutación en sistemas de
alta tensión.
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Se usan en los Variadores
de frecuencia así como en
las aplicaciones en
máquinas eléctricas y
convertidores de potencia

8. OPERACIÓN FÍSICA DEL IGBT
Cuando se le es aplicado un voltaje VGE a la puerta, el IGBT enciende inmediatamente, la
corriente de colector IC es conducida y el voltaje VCE se va desde el valor de bloqueo
hasta cero. La corriente IC persiste para el tiempo de encendido en que la señal en la
puerta es aplicada. Para encender el IGBT, el terminal C debe ser polarizado positivamente
con respecto a la terminal E. La señal de encendido es un voltaje positivo VG que es
aplicado a la puerta G.
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9. COMPORTAMIENTO
DINÁMICO
• El tiempo de excitación del IGBT es similar al del FET.
• El tiempo de apagado se encuentra entre el del FET y el bipolar.
• La velocidad de conmutación.
• La potencia disipada también se encuentra en un lugar intermedio.
• En conjunto, el IGBT combina las características de potencia y velocidad de
los dos tipos de transistores.
• Un gradiente de tensión excesivo encontraría cargas atrapadas que no se han
extraído totalmente. 9

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ACTIVADO ACCIDENTAL DE LOS IGBT
Esto ocurre cuando se sobrepasa un cierto límite de corriente, en el
cual el terminal de compuerta pierde el control de la corriente de
drenaje, y el IGBT pasa de la región de conducción a la región
activa, y una vez entrado en esta región, el IGBT tiene que ser
apagado lo más pronto posible para evitar su inminente
destrucción.

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CAUSAS PARA EL ACTIVADO ACCIDENTAL DE LOS
IGBT
Si el voltaje es suficientemente grande, una substancial
inyección de electrones desde la fuente a la región de
cuerpo ocurrirá y el transistor parásito npn se activará.
Si esto ocurre entonces los dos transistores parásitos
npn Qs y pnp Qi se activarán y, por lo tanto, el tiristor
parásito formado por estos transistores se activará y la
activación accidental del IGBT ocurrirá.

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MODOS DE EVITAR EL ACTIVADO ACCIDENTAL DE LOS IGBT
Hay muchos pasos que pueden ser tomados por el usuario del elemento para
evitar el activado accidental, y que el fabricante del elemento puede tomar para
incrementar la corriente crítica requerida para la iniciación del activado accidental.
• El usuario tiene la responsabilidad de diseñar circuitos donde la posibilidad de
sobre corrientes que excedan sean minimizadas. Sin embargo, es imposible
eliminar esta posibilidad enteramente.
• Otro paso que puede ser tomado es reducir la velocidad de apagado del IGBT
de modo que el rango de crecimiento de la región de agotamiento en la región
de desplazamiento sea reducido y los huecos presentes en la región de
desplazamiento tengan un tiempo grande para recombinarse, de esta manera
se reduce el flujo de corriente lateral en la región de cuerpo tipo-p durante el
apagado.
Por medios como estos, el problema del activado en los IGBT ha sido
grandemente minimizado.

13. Cuando el IGBT se
enciende (turn-on)
a partir de Vce alta y Vfw igual a cero o negativo- con una corriente constante
que carga la compuerta, se obtiene un aumento lineal de la tensión de la
compuerta. Con la caída de tensión entre el colector y el emisor (Vce) la corriente
de polarización de la compuerta se usa para cargar Cgc, y la tensión de la puerta
permanece constante.
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14. Limitaciones del IGBT y áreas
de operación segura (SOA).
Al igual que los componentes que hemos visto hasta ahora, los IGBTs también necesitan
operar con seguridad.
Para saber cuáles son los límites del IGBT también tenemos gráficos que delimitan las
áreas de operación segura (SOA o Safe Operating Area) que en el caso también tienen
en cuenta la conmutación del dispositivo.
Estas condiciones tienen en cuenta que:
• Con la alta tensión y la corriente baja, la tensión máxima es limitada por la tensión de
ruptura.
• Con la alta corriente y la baja tensión, la corriente máxima es limitada por las
condiciones de traba del tiristor parásito
• Con la corriente y la tensión, estas magnitudes son limitadas por la disipación 14

15. MUCHAS
GRACIAS