¿¿ qué es IGBT y su función?

Introducción

En el campo de la electrónica de potencia, los Transistor bipolares de puerta aislada (igbt) juegan un papel vital. Combina las ventajas del Transistor de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico (mosfet) y el tubo de cristal bipolar (bjt). Este artículo tiene como objetivo comprender completamente IGBT y sus funciones básicas en diversas aplicaciones.

¿¿ qué es igbt?

IGBT representa un transistor bipolar de puerta aislada. Es un dispositivo Semiconductor de tres terminales que combina el bajo voltaje saturado del BJT con la alta resistencia de entrada y la velocidad de conmutación del mosfet. El IGBT se construye colocando la etapa de entrada MOSFET en la parte superior de la etapa de salida bjt. Esta combinación única de componentes genera un dispositivo capaz de manejar altos niveles de voltaje y corriente.

Estructura y principio de funcionamiento

En el Estado de conducción del igbt, cuando se aplica una tensión positiva al terminal de la puerta, produce un campo eléctrico que afecta a la región de la base p. Este campo eléctrico hace que unos pocos transportistas (en este caso agujeros) se inyecten desde la base P hasta la zona de deriva N. Como resultado, en la zona de deriva n se forma un canal conductor que permite que la corriente fluya entre el coleccionista y el emisor.

La formación de canales conductores se debe a la modulación del campo eléctrico en la región de la base p. El campo eléctrico reduce el ancho de la zona de agotamiento entre la base P y la zona de deriva n, permitiendo que los agujeros inyectados lleguen a la zona de deriva N. Este proceso se llama efecto de modulación de conductividad eléctrica.

El efecto de modulación de la conductividad eléctrica es una ventaja significativa de IGBT sobre los MOSFET tradicionales. Permite a IGBT manejar una alta densidad de corriente sin sufrir caídas de voltaje excesivas. Como resultado, el IGBT puede funcionar a un nivel de potencia más alto, manteniendo al mismo tiempo características de baja saturación similares a las del bjt.

En el Estado de apagado del igbt, el voltaje de la puerta se establece en cero o negativo. Esto provocó la expansión de la zona de agotamiento, evitando que unos pocos transportistas se inyectaran en la zona de deriva N. Como resultado, se interrumpió el canal conductor y el IGBT se mostró como un interruptor abierto que bloquea la corriente entre el coleccionista y el emisor.

La capacidad del IGBT para cambiar rápidamente entre el Estado de conducción y el Estado de Corte lo hace adecuado para aplicaciones que requieren conmutación de alta frecuencia, como el control del motor y la conversión de potencia. El IGBT ofrece ventajas de alta resistencia de entrada y velocidad de conmutación rápida similares a las del mosfet, al tiempo que ofrece la baja tensión saturada y la capacidad de procesamiento de corriente del bjt.

En resumen, la estructura y el principio de funcionamiento del IGBT implican la modulación de la región de la base P a través de un campo eléctrico generado por el voltaje de la puerta. Esta modulación permite que el IGBT se utilice como interruptor de baja resistencia en estado de conducción y como interruptor de desconexión en estado de apagado. El efecto de modulación de conductividad permite a IGBT procesar altas corrientes manteniendo una caída de baja tensión, convirtiéndola en un componente clave en aplicaciones de electrónica de potencia.

Funciones de IGBT

Interruptor de potencia: una de las principales funciones de IGBT es el interruptor de potencia en varias aplicaciones. Puede manejar alta tensión y alta corriente y es adecuado para controlar el flujo de potencia en sistemas como motores, sistemas de energía renovable y equipos industriales de alta potencia.

Amplificación: IGBT también se puede utilizar como amplificador en aplicaciones de audio y radiofrecuencia (rf). Al aplicar una pequeña señal al terminal de la puerta, el IGBT puede amplificarla a un nivel de potencia más alto, permitiéndole conducir el altavoz o transmitir la señal a larga distancia.

Modulación de ancho de pulso (pwm): IGBT se utiliza ampliamente en la tecnología PWM para controlar la Potencia media transportada a la carga. A través del interruptor rápido igbt, se puede ajustar el ciclo de trabajo para ajustar la salida de potencia. El PWM se utiliza generalmente para el control del motor, la fuente de alimentación ininterrumpida (ups) y los conductores ajustables a la velocidad.

Regulación de voltaje y corriente: IGBT tiene la capacidad de manejar altos niveles de voltaje y corriente, lo que es crucial para el ajuste de voltaje y corriente en el sistema eléctrico. Ayudan a mantener niveles de tensión estables, prevenir sobrecargas y proteger los componentes sensibles de daños.

Referencia: Escasez mundial de IGBT   () https://www.nevsemi.com/blog/global-igbt-shortage-cause-future-outlook (...)

Conclusiones

En resumen, el Transistor bipolar de puerta aislada (igbt) tiene la capacidad de procesar alta tensión y alta corriente y es un componente clave en la electrónica de potencia. Su combinación única de características MOSFET y BJT puede lograr interruptores de Potencia eficientes, amplificación, control PWM y regulación de voltaje / corriente en una amplia gama de aplicaciones. Conocer las funciones y el funcionamiento de IGBT es fundamental para ingenieros y técnicos en el campo de la electrónica de potencia.