O que é IGBT e sua função

Introdução

No mundo da eletrônica de potência, o Transistor Bipolar Isolado Gate (IGBT) desempenha um papel vital. Combina as vantagens do Transistor de Efeito de Campo Metal-Óxido-Semicondutor (MOSFET) e do Transistor de Junção Bipolar (BJT). Este artigo tem como objetivo fornecer uma compreensão abrangente do IGBT e suas funções essenciais em diversas aplicações.

O que é IGBT

IGBT significa Transistor Bipolar Isolated Gate. É um dispositivo semicondutor de três terminais que combina a baixa tensão de saturação de um BJT com a alta impedância de entrada e velocidade de comutação de um MOSFET. O IGBT é construído colocando um estágio de entrada MOSFET no topo de um estágio de saída BJT. Esta combinação única de componentes resulta em um dispositivo capaz de lidar com níveis de alta tensão e alta corrente.

Estrutura e princípio de funcionamento

No estado ligado do IGBT, quando uma tensão positiva é aplicada ao terminal da porta, cria-se um campo elétrico que influencia a região de base P. Este campo elétrico provoca a injeção de portadores minoritários (buracos neste caso) da base P na região de deriva N. Como resultado, um canal condutor é formado na região N- drift, permitindo que a corrente flua entre o coletor e o emissor.

A formação do canal condutor ocorre devido à modulação da região base P pelo campo elétrico. O campo elétrico reduz a largura da região de depleção entre a base P e a região de deriva N, permitindo que os furos injetados atinjam a região de deriva N. Este processo é conhecido como o efeito da modulação da condutividade.

O efeito da modulação da condutividade é uma vantagem significativa do IGBT sobre MOSFETs convencionais. Permite ao IGBT lidar com altas densidades de corrente sem sofrer de queda excessiva de tensão. Como resultado, o IGBT pode operar em níveis de potência mais elevados, mantendo características de tensão de baixa saturação semelhantes a um BJT.

No estado desligado do IGBT, a tensão da porta é definida como zero ou um valor negativo. Isto faz com que a região de depleção se expanda, impedindo a injeção de portadores minoritários na região de deriva N. Como resultado, o canal condutor é interrompido, e o IGBT se comporta como um interruptor aberto, bloqueando o fluxo de corrente entre o coletor e o emissor.

A capacidade do IGBT alternar entre o estado ligado e desligado rapidamente o torna adequado para aplicações que exigem comutação de alta frequência, como controle do motor e conversão de energia. O IGBT oferece as vantagens de alta impedância de entrada e velocidade de comutação rápida semelhantes aos MOSFETs, ao mesmo tempo que fornece a baixa tensão de saturação e capacidades de manuseio de corrente de BJTs.

Em resumo, a estrutura e o princípio de funcionamento do IGBT envolvem a modulação da região base P através do campo elétrico criado pela tensão da porta. Esta modulação permite que o IGBT funcione como um interruptor de baixa resistência no estado on e como um interruptor aberto no estado off. O efeito de modulação de condutividade permite ao IGBT lidar com altas correntes enquanto mantém quedas de baixa tensão, tornando-o um componente chave em aplicações eletrônicas de potência.

Função do IGBT

Comutação de energia: Uma das funções primárias do IGBT é comutação de energia em várias aplicações. Ele pode lidar com altas tensões e correntes, tornando-o adequado para controlar o fluxo de energia em sistemas como acionamentos de motores, sistemas de energia renovável e equipamentos industriais de alta potência.

Amplificação: IGBTs também podem funcionar como amplificadores em aplicações de áudio e radiofrequência (RF). Ao aplicar um pequeno sinal ao terminal da porta, o IGBT pode amplificá-lo a um nível de potência mais elevado, permitindo-lhe conduzir alto-falantes ou transmitir sinais a longas distâncias.

Modulação de largura de pulso (PWM): IGBTs são amplamente utilizados em técnicas PWM para controlar a potência média entregue às cargas. Ao ligar e desligar rapidamente o IGBT, o ciclo de trabalho pode ser ajustado para regular a potência de saída. PWM é comumente usado em controle de motor, fontes de alimentação ininterruptas (UPS) e drives de velocidade ajustáveis.

Regulação de tensão e corrente: Com sua capacidade de lidar com níveis de alta tensão e corrente, IGBTs são essenciais para a regulação de tensão e corrente em sistemas de energia. Eles ajudam a manter níveis de tensão estáveis, evitar sobrecargas e proteger componentes sensíveis de danos.

Referência: Falta global do IGBT   ( https://www.nevsemi.com/blog/global-igbt-shortage-cause-future-outlook )

Conclusão

Em conclusão, o Transistor Bipolar Isolated Gate (IGBT) é um componente crítico na eletrônica de potência devido à sua capacidade de lidar com altas tensões e correntes. Sua combinação única de características MOSFET e BJT permite comutação de energia eficiente, amplificação, controle PWM e regulação de tensão / corrente em uma ampla gama de aplicações. Compreender a função e operação de IGBTs é essencial para engenheiros e técnicos que trabalham no campo da eletrônica de potência.