• DEFINICIÓN :

El transistor bipolar de puerta aislada (conocido por la sigla IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo semiconductor que se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia. Este dispositivo posee las características 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 para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.

Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habían sido viables hasta entonces, en particular en los variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en máquinas eléctricas, convertidores de potencia, domótica y Sistemas de Alimentación Ininterrumpida, entre otras aplicaciones.

• FUNCIONAMIENTO :

onsideremos 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. LA corriente ID persiste para el tiempo tON en el que la señal en el gate es aplicada. Para encender el IGBT, la terminal drain D debe ser polarizada positivamente con respecto a la terminal S. LA señal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado al gate G. Este voltaje, si es aplicado como un pulso de magnitud aproximada de 15, puede causar que el tiempo de encendido sea menor a 1 s, después de lo cual la corriente de drain iD es igual a la corriente de carga IL (asumida como constante). Una vez encendido, el dispositivo se mantiene así por una señal de voltaje en el gate. Sin embargo, en virtud del control de voltaje la disipación de potencia en el gate es muy baja.

EL IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal gate. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 micro segundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.

EL IGBT requiere un valor límite VGS(TH) para el estado de cambio de encendido a apagado y viceversa. Este es usualmente de 4 V. Arriba de este valor el voltaje VDS cae a un valor bajo cercano a los 2 V. Como el voltaje de estado de encendido se mantiene bajo, el gate debe tener un voltaje arriba de 15 V, y la corriente iD se autolimita. El IGBT se aplica en controles de motores eléctricos tanto de corriente directa como de corriente alterna, manejados a niveles de potencia que exceden los 50 kW.

• Características compartidas con el MOSFET y el BJT

·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)

    .Alta impedancia de entrada (MOSFET)

Se suele usar en condiciones de:

    ·Bajo ciclo de trabajo

    ·Aplicaciones de alta tensión (>1000V)

    ·Alta potencia (>5kW)

De acuerdo a lo mencionado anteriormente, se puede decir que el transistor BJT y el JFET se fusionan y logran crear el IGBT, sin duda un poderoso componente electrónico.

Con un IGBT se han podido lograr grandes cosas: desde diseñar y fabricar dispositivos de control y variación hasta sistemas de optimización y generación de energía. Dentro de los dispositivos de control podemos clasificar perfectamente a los variadores de velocidad y frecuencia, que sin duda en la industria son muy importantes y necesarios para controlar la velocidad en bombas de impulsión y motores industriales como elementos finales de control o plantas, y también tenemos a las UPS o bancos de baterías que lo que hacen es proporcionarnos voltajes con muy buenas capacidades de corriente en caso de cortes de suministro eléctrico y de esta manera nos permitan trabajar de forma ininterrumpida.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS TRANSISTORES IGBT

Dentro de sus características más importantes destacamos su rapidez al momento de efectuar una conmutación. Aproximadamente 100khz y sustituto del transistor BJT en muchas de las aplicaciones. Usado altamente en fuentes conmutadas, control de tracción de motores, y en las famosas cocinas de inducción. Recuerden aquellas parrillas vitro-cerámicas que calientan recipientes metálicos usando campos electromagnéticos en vez de calentar mediante inducción a resistencias de fogones.

El IGBT se considera un transistor Darlington híbrido.  Tiene muy buena capacidad de manejo de corriente, pero no requiere corriente de base para entrar en conducción. Utilizado para conmutación de sistemas de alta tensión. El voltaje de compuerta o gate de excitación es de 15 volts, pero tiene la poderosa ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica muy débil en el gate.

 COMPOSICIÓN INTERNA

La sección transversal de silicio de un IGBT, es muy similar a la de un MOSFET, exceptuando el sustrato p+. sin embargo, el comportamiento de este dispositivo es muy similar al de un BJT que al de un transistor MOSFET. Lo anterior se debe básicamente al sustrato p+ que es el responsable por decirlo así de la inyección de portadores minoritarios en la región n.