EL TRANSISTOR DE POTENCIA

Transcripción

1 l IGBT: structura SÍMBOLO PURTA ÓXIDO FUNT CANAL N DRNADOR PURTA B C G C N - N + P + N N N N N N P P P SUS FUNT COLCTOR structura de MOSFT más una capa p+ de colector PT-IGBT. Los NPT-IGBT no tienen la capa N + Siempre de ACUMULACIÓN; no tienen el canal formado. l sustrato está siempre conectado a la fuente. Compuesto por muchas células de enriquecimiento conectadas en paralelo. Alta impedancia de entrada (C GS ).

2 l IGBT: Características estáticas i c i C MAX P MAX i c SAT ZONA ACTIVA u G1 u G1 u G1 u G CORT V ce0 u ce V G-TH BV CS : Tensión de ruptura colector emisor. I C : Corriente máxima de colector (en DC) I CM : Corriente máxima de colector (pulsada) P MAX : máxima potencia capaz de ser disipada por el transistor. V GTH : tensión puerta-emisor umbral. V CSAT : Tensión de saturación colector-emisor.

3 l IGBT: SOAR

4 l IGBT: Características estáticas Bloqueo PURTA ÓXIDO FUNT NPT-IGBT (Non Punch-Through IGBT) Si u G < u G TH, no hay canal y el interruptor está abierto. La tensión u C cae en la unión PN -. La zona P + está más intensamente dopada. V C,MAX es igual que la tensión de bloqueo. N - P + N N N N N N P P P COLCTOR SUS C C D B PT-IGBT (Punch-Through IGBT) Apenas soporta tensión inversa, sólo unas decenas de voltios. G S G

5 l IGBT: Características estáticas Conducción PURTA ÓXIDO MISOR NPT-IGBT (Non Punch-Through IGBT) Con V G >V G TH se forma canal. u C de saturación cae en la unión P + N -. N - N N N N N N P P P BAS SUS La mayor parte de la corriente final va por el MOSFT. P + V C SAT = 0,7 2 V. COLCTOR R I D comparable con el MOSFT. C C D B G G S

6 l IGBT: Características dinámicas Conmutaciones con carga resistiva pura V A V DD u G u GS-TH R C i C t 0 t 1 t 4 t 5 t 2 t 3 t 6 t 7 t 8 R G t 0 t 4 u C t on t off V A p IGBT

7 l IGBT: Características dinámicas Conmutaciones con carga inductiva V A V DD u G L u GS-TH i C t 0 t 1 t 4 t 5 t 6 t 7 t 8 R G t 2 t 3 t 0 t 5 u C t on t off V A p IGBT

8 l IGBT: Cálculo de pérdidas en conmutación Conmutaciones con carga inductiva ncendido: La fórmula de las pérdidas es similar a la de un transistor bipolar Debe tenerse en cuenta la recuperación inversa del diodo. La conmutación dura más que t OFF. ON ON t t i t on 0 i C MAX C (t) u V 2 C t C on (t) dt i RR V C t 3 on t2 2 Apagado: Aparece el fenómeno de cola de apagado. OFF OFF t t i t off 0 i C MAX C V 2 (t) u C t C off (t) dt

9 l IGBT: Cálculo de pérdidas totales Conmutaciones con carga inductiva P TOT (f) P cond (f) P on (f) P off (t) cond on off f ON i OFF COND C MAX i i C MAX V 2 C V 2 CMAX t C V on t off i CSAT RR t V cond C t 3 on t2 2

10 l IGBT: ncapsulados

11 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

12 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

13 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

14 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

15 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

16 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

17 l IGBT: Componente real: IRG4BC30K

18 CONCLUSIONS

19 CONCLUSIONS

20 CONCLUSIONS 1.- l transistor bipolar es un dispositivo en que la conducción se hace mediante portadores minoritarios. sto se traduce en baja velocidad de conmutación: apenas unos pocos khz. 2.- Al ser lento apenas se usa actualmente en aplicaciones de potencia. Para tensiones inferiores a 500 V ha sido sustituido por el MOSFT y para tensiones superiores por el IGBT. 3.- l MOSFT es un dispositivo en que la conducción se hace mediante portadores mayoritarios. Macroscópicamente esto se traduce en alta velocidad de conmutación. 4.- Por tanto puede conmutar a decenas y centenares de khz. 5.- La resistencia de conducción directa está directamente relacionada con la tensión de bloqueo.

21 CONCLUSIONS 6.- l MOSFT es el interruptor que actualmente presenta mejores características para tensiones inferiores a 500V. 7.- xisten dispositivos de 1000V, pero sólo son útiles para bajas potencias o bajas velocidades de conmutación. 8.- A la hora de seleccionar un MOSFT su parámetro más importante es R ON. 9.- l IGBT es un interruptor con características de control parecidas al MOSFT y características de salida similares al transistor bipolar Típicamente, el IGBT puede soportar miles de voltios y conducir centenares de amperios, conmutando a una frecuencia de decenas de khz.