Princípios básicos do IGBT

IGBT

A evolução da eletrônica de potência é um fato inegável nos dias atuais, embora de alguma forma somente eram encontrados em dispositivos industriais de alto custo. Hoje se encontram presentes em nosso dia a dia de forma cada vez maior em produtos como carregador de celular, carregador de notebook, ventiladores modernos, aparelhos de ar condicionado, e até mesmo o Smartphone possui componentes e circuitos de eletrônica de potência.

Um dos componentes que contribuíram para o avanço da eletrônica de potência é o IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) - Transistor Bipolar de Porta Isolada. Sendo um dispositivo híbrido, ele possui características de dois transistores muito conhecidos, a saber o transistor bipolar e o transistor de efeito de campo, mais especificamente o MOSFET.

Simbologia do IGBT
Figura 1: Simbologia do IGBT.
Circuito equivalente ao IGBT
Figura 2: Circuito equivalente ao IGBT.

Se avaliarmos o transistor bipolar e o MOSFET veremos que cada um possui uma característica muito desejável para um dispositivo semicondutor de potência, sendo que o primeiro oferece excelentes características de chaveamento com a capacidade de manipular correntes elevadas com o mínimo de perdas e quedas de tensão, e o segundo possui uma elevada impedância de entrada oferecendo uma tensão de saturação relativamente baixa. A partir dessas características foi criado o IGBT, que nasceu na década de 80 e vem evoluindo muito, principalmente no quesito velocidade de chaveamento. Os primeiros IGBTs tinham dificuldade de operar em frequências mais elevadas, porém hoje, com os avanços da microeletrônica e na capacidade das modernas fábricas de semicondutores, é possível encontrar IGBTs para as mais variadas aplicações com elevadas tensões e frequências.

O IGBT possui características do Mosfet e do Transistor bipolar
Figura 3: O IGBT possui características do Mosfet e do Transistor bipolar.

No gráfico da figura 4 podemos observar a classificação dos diversos dispositivos utilizados na eletrônica de potência para chaveamento. Graças às suas características o IGBT possui larga escala de aplicação em diversas indústrias, como robótica, soldagem e automotivo.

Comparativo entre os principais dispositivos de chaveamento utilizados na eletrônica de potência.
Figura 4: Comparativo entre os principais dispositivos de chaveamento utilizados na eletrônica de potência.

O IGBT pode ser apresentado em vários invólucros, também pode ser encontrado de forma discreta com apenas um componente ou mesmo em módulos com 2 ou mais IGBTs em um único invólucro.

Exemplos de IGBTs discretos e em módulos.
Figura 5: Exemplos de IGBTs discretos e em módulos.
Circuito interno típico de um módulo de IGBT.
Figura 6: Circuito interno típico de um módulo de IGBT.

Circuito de Driver de um IGBT

O IGBT deve ser acionado por um circuito dedicado que deve fornecer os níveis de tensão adequados para realizar o acionamento, sem risco de danificar o dispositivo ou mesmo de ocasionar um disparo acidental. Um exemplo de circuito driver se encontra na figura abaixo.

Circuito driver para IGBT.
Figura 7: Circuito driver para IGBT.

Referências

Figura 5: www.iue.tuwien.ac.at/phd/park/img164.png

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