jueves, 1 de diciembre de 2011

TRANSISTOR DE POTENCIA UJT




El transistor UJT (transistor de unijuntura - Unijunction transistor) es un dispositivo con un funcionamiento diferente al de otros transistores. Es un dispositivo de disparo. Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN

Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo de la barra de material N.

En el lugar de unión el aluminio crea una región tipo P en la barra, formando así una unión PN.

Como se dijo antes este es un dispositivo de disparo. El disparo ocurre entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este disparo está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1

Donde:
- n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante)
- VB2B1 = Voltaje entre las dos bases

La fórmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede variar de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura.

Dos ejemplos sencillos

1.- Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.63 y 24 voltios entre B2 y B1.
Cuál es el voltaje de disparo aproximado?
Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.63 x 24) = 15.8 Voltios

2.- Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.68 y 12 voltios entre B2 y B1.
Cuál es el voltaje de disparo aproximado?
Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.68 x 12) = 8.86 Voltios.

Nota:
- Un dato adicional que nos da el fabricante es la corriente necesaria que debe haber entre E y B1 para que el UJT se dispare = Ip.
- Es importante hacer notar que también se ha construido el UJT donde la barra es de material tipo P (muy poco). Se le conoce como el CUJT o UJT complementario. Este se comporta de igual forma que el UJT pero con las polaridades de las tensiones al revés



TRANSISTOR MONOUNION UJT

El transistor monounión (UJT) se utiliza generalmente para generar señales de disparo en los SCR. En la fig.5 se muestra un circuito básico de disparo UJT. Un UJT tiene tres terminales, conocidas como emisor E, base1 B1 y base2 B2. Entre B1 y B2 la monounión tiene las características de una resistencia ordinaria (la resistencia entre bases RBB teniendo valores en el rango de 4.7 y 9.1 K). Cuando se aplica el voltaje de alimentación Vs en cd, se carga el capacitor C a través de la resistencia R, dado que el circuito emisor del UJT está en estado abierto. 

La constante de tiempo del circuito de carga es T1=RC. Cuando el voltaje del emisor VE, el mismo que el voltaje del capacitor llega a un valor pico Vp, se activa el UJT y el capacitor se descarga a través de RB1 a una velocidad determinada por la constante de tiempo T2=RB1C. T2 es mucho menor que T1. Cuando el voltaje del emisor VE se reduce al punto del valle Vv, el emisor deja de conducir, se desactiva el UJT y se repite el ciclo de carga.

El voltaje de disparo VB1 debe diseñarse lo suficientemente grande como para activar el SCR. El periodo de oscilación, T, es totalmente independiente del voltaje de alimentación Vs y está dado por:
T = 1/f = RC ln 1/1-n





TRANSISTOR MONOUNION PROGRAMABLE

El transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor que aparece en la fig.7. Un PUT se puede utilizar como un oscilador de relajación, tal y como se muestra en la fig.7b. 

El voltaje de compuerta VG se mantiene desde la alimentación mediante el divisor resistivo del voltaje R1 y R2, y determina el voltaje de punto de pico Vp. En el caso del UJT, Vp está fijo para un dispositivo por el voltaje de alimentación de cd, pero en un PUT puede variar al modificar al modificar el valor del divisor resistivo R! y R2. Si el voltaje del ánodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, le dispositivo se conservará en su estado inactivo, pero si el voltaje de ánodo excede al de compuerta en una caída de voltaje de diodo VD, se alcanzará el punto de pico y el dispositivo se activará. La corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta RG = R1R2/(R1+R2) y del voltaje de alimentación en cd Vs. N general Rk está limitado a un valor por debajo de 100 Ohms.
R y C controlan la frecuencia junto con R1 y R2. El periodo de oscilación T está dado en forma aproximada por:

T = 1/f = RC lnVs/Vs-Vp = RC ln (1+R2/R1) 




Circuito de disparo de un tiristor con un transistor UJT

Finalidad:
-Analizar las diferentes tecnicas de control de los rectificadores

Secuencia a realizar:
1)Montar el circuito indicado en la figura.
2)Medir con el osciloscopio la señal del diodo zener, en el condensador, en B1 del transistor y la salida V.
3)Representar las señales sincronizadas con la tensión del transformador.
4)explicar el funcionamiento del circuito.






EL SCR

SCR (Rectificador controlado de silicio) 

Tiristor es un elemento semiconductor muy utilizado para controlar la cantidad de potencia que se entrega a una carga, Analizando el símbolo:
- A = ánodo
- G = compuerta o Gate
- C = cátodo, también representado por la letra K





Scr En lA cORRiEnte ConTinuA:  





Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequeña corriente (se cierra el interruptor S) y así este conduce y se comporta como un diodo en polarización directa

Lo que sucede después de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene así. Si se desea que el tiristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios. 



=>ScR En lA CORRiEntE AlternA: 






El circuito anterior RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada y la tensión en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta del SCR.

Puede verse que el voltaje en el condensador (en azul) está atrasado con respecto al voltaje de alimentación (en rojo) causando que el tiristor conduzca un poco después de que el tiristor tenga la alimentación necesaria para conducir. Durante el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir. 






MAs ESPEcIFiCAcIonES y cArAcTErIStiCAS De LOs ScR
En EStA OTrA PAginA encOnTRArAn:
*PRinCIpio de FUncionAmiNEto
*MEtODoS de DiSpAro
*CArAcTErIStiCAs de LOS Scr

APLICACIONES DEL SCR

Unas cuantas aplicaciones del SCR pueden ser un interruptor estático, un sistema de control de fase, un cargador de baterías, un controlador de temperatura, y un sistema de luces de emergencia .

Interruptor estatico:

Un interruptor estático serie de media onda se muestra en la figura (1a). Si el interruptor se cierra como se muestra en la figura (1b), circulará una corriente de compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada, disparando al SCR.

El resistor R, limita la magnitud de la corriente de compuerta. Cuando el SCR se dispare, el voltaje ánodo a cátodo (VF) disminuirá el valor de conducción, produciéndose una corriente de compuerta bastante reducida y pérdidas sumamente bajas en el circuito de compuerta. En la región negativa de la señal de entrada, el SCR se apagará, ya que el ánodo es negativo con respecto al cátodo. El diodo D, se incluye para evitar una inversión en la corriente de compuerta.


Las formas de onda para la corriente y voltaje de carga resultantes se presentan en la figura (1b).El resultado es una señal rectificada de media onda a través de la carga. Si se desea una conducción con una duración menor que 180°, el interruptor puede cerrarse a cualquier desplazamiento de fase durante la parte positiva de la señal de entrada. El interruptor puede ser electrónico, electromagnético o mecánico, dependiendo de la aplicación.

Un circuito capaz de establecer un ángulo de conducción entre 90 y 180° se muestra en la figura (2a). El circuito es similar al de la figura (1a) excepto por la adición de un resistor variable y la eliminación del interruptor. La combinación de los resistores R y R1 limitará la corriente de compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada. Si R1 se fija para su valor máximo, puede ocurrir que la corriente de compuerta nunca alcance la magnitud del disparo. Conforme R1 disminuye desde el máximo, la corriente de compuerta aumentará con el mismo voltaje de entrada.

En esta forma, la corriente de disparo de compuerta requerida puede establecerse en cualquier punto entre 0 y 90°, como se muestra en la figura (2b).Si R1 es baja, el SCR se disparará casi de inmediato, resultando la misma acción que la que se obtuvo del circuito de la figura (1a) (conducción durante 180°).







Control de fase de resistencia variable de media onda

No obstante, como se indicó con anterioridad, si se incrementa R1 se requerirá un voltaje de entrada más alto (positivo) para activar el SCR. Como se indica en la figura (2b), el control no puede extenderse más allá de un desplazamiento de fase de 90° porque la entrada es máxima en este punto. Si falla para disparar s éste y a valores menores de voltaje de entrada sobre la pendiente positiva de la entrada, debe esperarse la misma respuesta de la parte con pendiente negativa de la forma de onda de la señal.

La operación en este caso suele denominarse en términos técnicos como control de fase de resistencia variable de media onda. Es un método efectivo para controlar corriente rms y, en consecuencia, la potencia hacia la carga..

Una tercera aplicación común del SCR es en un regulador cargador de batería.

Los componentes fundamentales del circuito se muestran en la figura (3). Aquí se notará que el circuito de control se ha bloqueado para propósitos de análisis.

Como se indica en la figura, D1 y D2 establecen una señal rectificada de onda completa a través del SCR1 y la batería de 12v que se va a cargar. A bajos voltajes de la batería SCR2 está en el estado de corte por razones que se explicarán más adelante. Con SCR2 abierto, el circuito de control SCR1 es exactamente el mismo que el control del interruptor estático que se analizó anteriormente.

Cuando la entrada rectificada de onda completa es lo bastante grande para producir la corriente de disparo de compuerta requerida (controlada por R1), SCR1 se disparará y dará comienzo a la carga de la batería. Al inicio de la carga, el bajo voltaje de la batería producirá un bajo voltaje VR determinado por el circuito divisor de voltaje sencillo. El voltaje VR es, a su vez, demasiado pequeño para provocar la conducción del Zener de 11.0 v. En el estado de corte, el Zener es efectivamente un circuito abierto que mantiene a SCR2 en el estado de corte porque la corriente de compuerta es cero.

El capacitor C1 se incluye para evitar los transitorios de voltaje en el circuito y que ellos accidentalmente disparen al SCR2. Recuérdese de sus estudios fundamentales de análisis de circuitos que el voltaje no puede cambiar en forma instantánea a través de un capacitor. De éste modo, C1 evita que los efectos transitorios afecten al SCR.




Regulador del cargador de batería

A medida que la carga continúa, el voltaje de la batería aumenta hasta un punto donde VR es lo suficientemente alto como para hacer conducir al Zener de 11.0 V y disparar al SCR2 . Una vez que SCR2 se ha disparado, la representación en corto circuito para SCR2 producirá un circuito divisor de voltaje determinado por R1 y R2, que mantendrá a V2 en un nivel demasiado pequeño para disparar el SCR1.

Cuando esto ocurre, la batería esta completamente cargada y el estado en circuito abierto de SCR1 cortará la corriente de carga. De este modo, el regulador recarga la batería si el voltaje disminuye y evita la sobrecarga cuando se ha cargado al máximo.

En la figura (4) aparece el diagrama esquemático de un control de calefacción de 100W que utiliza un SCR. Se ha diseñado de manera tal que el calefactor de 100W se encenderá y apagará de acuerdo a como lo determine el termostato. Los termostatos de mercurio en vidrio son muy sensibles al cambio de temperatura. En realidad, ellos pueden registrar cambios tan pequeños como 0.1°C. Sin embargo, su aplicación es limitada porque sólo pueden manejar niveles sumamente bajos de corriente (menores que 1 mA). En esta aplicación, el SCR sirve como un amplificador de corriente en un elemento de conmutación de carga. No es un amplificador en el sentido de que incremente el nivel de corriente del termostato. Más bien es un dispositivo cuyo alto nivel de corriente se controla mediante el comportamiento del termostato.

Debe ser claro que la red puente está conectada a la alimentación de ca a través del calefactor de 100W. Esto producirá un voltaje rectificado de onda completa a través del SCR. Cuando el termostato esté abierto el voltaje en el capacitor se cargará hasta un potencial de disparo de compuerta a través de cada pulso de la señal rectificada.

La constante de tiempo de carga se determina por el producto RC. Esto disparará el SCR durante cada medio ciclo de la señal de entrada, permitiendo un flujo de carga (corriente) hacia el calefactor. Conforme aumente la temperatura, el termostato conductivo pondrá en corto circuito al capacitor, eliminando la posibilidad de que este último se cargue hasta el potencial de disparo y se dispare el SCR.

El resistor de 510 k

 contribuirá entonces a mantener una corriente sumamente baja (menor que 250
A) a través del termostato.

Figura (4) Controlador de temperatura (Cortesía de General Electric Semiconductor Products División)

La última aplicación del SCR que se describirá se muestra en la figura (5).

Es un sistema de iluminación de emergencia de una sola fuente que mantendrá la carga en una batería de 6 V para asegurar su disponibilidad y brindar también energía cd a una lámpara eléctrica si hay una interrupción eléctrica..

Una señal rectificada de onda completa aparecerá a través de la lámpara de 6 V debido a los diodos D2 y D1.

El capacitor C1 se cargará hasta un voltaje ligeramente menor que la diferencia entre el valor pico de la señal rectificada de onda completa y el voltaje cd en R2 establecido por la vertía de 6 V.

En todo caso, el cátodo del SCR1 está mayor que el ánodo y el voltaje de la compuerta al cátodo es negativo, asegurando que el SCR no conduzca.

La batería se está cargando a través de R1 y D1 a una razón determinada por R1. La carga de la batería sólo ocurre cuando el ánodo de D1 es más positivo que su cátodo. El nivel cd de la señal rectificada de onda completa asegurará que la lámpara este encendida cuando haya potencia. Si la alimentación eléctrica falla, el capacitor C1 se descargará a través de D1, R1 y R3 hasta que el cátodo de SCR1 sea menos positivo que el ánodo.

Al mismo tiempo, la unión de R2 y R3 se volverá positiva y establecerá suficiente voltaje de compuerta a cátodo para disparar el SCR. Una vez disparado, la batería de 6 V se descargaría a través del SCR1 y energizaría la lámpara y mantendría su iluminación.

Después de que se restablece la energía, el capacitor C1 se recargará y restablecerá el estado no conductor de SCR1, como se describió antes.
  







 








 

EL TRIAC Y EL DIAC

TRIAC Y DIAC 






DIAC

(Diodo Interruptor de Corriente Alterna):

Este es un dispositivo controlado por voltaje, el cual se comporta como dos diodos zener puestos en contraparalelo, como ya lo dijimos: cuando el voltaje de cualquier polaridad entre sus dos terminales excede el valor especificado, entra en avalancha y disminuye su resistencia interna a un valor muy bajo. Esto significa que, si es colocado en paralelo con la salida de una fuente de corriente alterna podrá recortar todos los picos positivos y negativos que pasen del voltaje del umbral del diac. Si es puesto en serie, solamente dejará pasar corriente cuando lleve más tensión que la del gatillado para triacs en circuitos de corriente alterna. El dispositivo tiene un rango simétrico de conmutación(en ambos sentidos) de 20 a 40 voltios, tensión que usualmente excede el punto de umbral del gate de los triacs, de tal forma que estos trabajan siempre en un nivel seguro.
Si bien es cierto que el SCR se puede acondicionar para el manejo de cargas alimentadas con corriente alterna, es un hecho que tal cosa no es del todo práctica ni económica. Si se colocan 2 SCR en contraparalelo se necesitan dos circuitos de control independientes para el manejo de sus compuertas, lo cual le resta precisión al diseño y por ende, aumenta los riesgos de fallas.

El diseño de los primeros TRIACs fue la respuesta a la necesidad industrial de dispositivos tiristores que pudieran controlar en fase todo el ciclo de una onda de corriente alterna, incorporando las funciones de 2 SCRs dentro de una sola pastilla semiconductora, y ambos controlados por un solo gate. Las características de compuerta(gate) del TRIAC son muy diferentes de aquellas para dos SCR en contraparalelo, para los SCR, se debe aplicar una señal positiva de control entre el Gate 1 y el terminal principal 1 cuando el terminal Principal 1 es negativo, y entre el Gate 2 y el terminal Principal 2 sea negativo. Este método de operación requiere de dos circuitos separados de compuerta.

En el TRIAC, el Gate 1 y el Gate 2 están conectados juntos y se pueden operar con solamente un circuito de control conectado entre las compuertas y el terminal Principal 1. El modo más fácil de gatillado para control de corriente alterna, se obtiene polarizando positivamente el terminal de compuertas cuando el Terminal Principal 1 sea positivo. En otras palabras, par poner en conducción en ambos sentidos al TRIAC basta con darle al gate un poco de señal de la misma corriente(polaridad) que haya en ese momento en el Terminal Principal 2.
El gatillado para control de corriente alterna también es posible con polarización negativa en el terminal de compuertas durante ambos semiciclos. Para manejo de corriente directa, basta con suministrar al gate una señal positiva de manera similar a como se controla un SCR.

Si ponemos en serie con el terminal del gate un dispositivo que garantice pulsos de disparo con voltaje superior al nivel de umbral del TRIAC(punto en el cual el triac no sabe si conducir o no), obtendremos lo que se conoce como QUADRAC. Este dispositivo se consigue ya integrado dentro de encapsulados iguales a los de los triac, estos se reconocen por la referencia, por ejemplo: Q4006LT. El número 400 señanla el voltaje del triac, el 6 indica la corriente de trabajo en amperios, y las letras LT significan que tienen DIAC incluido en el gate. 





CIRCUITO PRACTICO PARA DISPARO 






En la figura se muestra un circuito practico de disparo de un triac utilizando un UJT. El resistor RF es un resistor variable que se modifica a medida que las condiciones de carga cambian. El transformador T1 es un transformador de aislamiento, y su propósito es aislar eléctricamente el circuito secundario y el primario, para este caso aísla el circuito de potencia C.A. del circuito de disparo.

La onda senoidal de C.A. del secundario de T1 es aplicada a un rectificador en puente y la salida de este, a una combinación de resistor y diodo zener que suministran una forma de onda de 24 v sincronizada con la línea de C.A.

Cuando la alimentación de 24 v se establece, C1 comienza a cargarse hasta la Vp del UJT, el cual se dispara y crea un pulso de corriente en el devanado primario del transformador T2. Este se acopla al devanado secundario, y el pulso del secundario es entregado a la compuerta del triac, encendiéndolo durante el resto del semiciclo. Las formas de onda del capacitor( Vc1), corriente del secundario de T2 ( Isec) y voltaje de carga (VLD), se muestran en la figura 2(b), (c),(d).

La razón de carga de C1 es determinada por la razón de RF a R1, que forman un divisor de voltaje, entre ellos se dividen la fuente de C.D. de 24 v que alimenta al circuito de disparo. Si RF es pequeño en relación a R1, entonces R1 recibirá una gran parte de la fuente de 24 v , esto origina que el transistor pnp Q1 conduzca, con una circulación grande de corriente por el colector pues el voltaje de R1 es aplicado al circuito de base, por lo tanto C1 se carga con rapidez. Bajo estas condiciones el UJT se dispara pronto y la corriente de carga promedio es alta.

Por otra parte si RF es grande en relación a R1, entonces el voltaje a través de R1 será menor que en el caso anterior, esto provoca la aparición de un voltaje menor a través del circuito base-emisor de Q1 con la cual disminuye su corriente de colector y por consiguiente la razón de carga de C1 se reduce, por lo que le lleva mayor tiempo acumular el Vp del UJT. Por lo tanto el UJT y el triac se disparan después en el semiciclo y la corriente de carga promedio es menor que antes.








EL GTO

GTO (Gate Turn-off Thyristor



  




 


Un tiristor GTO es un SCR que puede apagarse por una pulsación suficientemente grande en su compuerta de entrada, aun si la corriente iD excede IH.
se usan desde 1960, pero se potencializaron al final de los años setenta. son comunes en las unidades de control de motores, ya que eliminan componentes externos para apagar los SCR en circuitos de cc. 




CARACTERISTICAS

El disparo se realiza mediante una VGK >0

El bloqueo se realiza con una VGK < 0.

La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan de los circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR.

La desventaja es que la corriente de puerta tiene que ser mucho mayor por lo que el generador debe estar mas dimensionado.

El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.



FUNCIONAMIENTO DEL GTO 





Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista señal en el gate, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el ánodo, pero una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es alcanzado. En este punto existe un proceso dinámico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando el GTO se apaga y con la aplicación de una voltaje en inversa, solo una pequeña corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarización en inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje del voltaje de ruptura inverso depende del método de fabricación para la creación de una regeneración interna para facilitar el proceso de apagado.

Con un voltaje de polarización directo aplicado al ánodo y un pulso de corriente positiva es aplicada al gate, el GTO se enciende y permanece de esa forma. Para ésta condición, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de ánodo IA por medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la acción regenerativa interna no es efectiva. La segunda forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el método más recomendable porque proporciona un mejor control.
La ganancia se calcula con la siguiente formula.




Para conseguir cortar el GTO, con una corriente soportable por la puerta, debe ser lo mayor posible, para ello debe ser a2=1 (lo mayor posible) y a1=0 (lo menor posible):

·alfa2=1 implica que la base de T2 (capa de control) sea estrecha y poco dopada y que su emisor (capa catódica) este muy dopado. Estas condiciones también son normales en los SCRs.
·alfa1=0 implica que la base de T1 (capa de bloqueo) sea ancha y tenga una vida media de los huecos muy corta.

ESPECIFICACIONES DE PUERTA DEL GTO




FORMA DE ONDA EN EL ENCENDIDO DEL GTO  








Para entrar en conducción, se necesita una subida rápida y valor IGM suficientes para poner en conducción todo el cristal. Si solo entra en conducción una parte y circula toda la corriente se puede dañar. Si solo entra en conducción bajara una parte de la tensión ánodo-cátodo y el resto de celdillas que forma el cristal no podrán entrar en conducción.
Cuando se ha establecido la conducción se deja una corriente IGON de mantenimiento para asegurar que no se corta espontáneamente (tiene menos ganancia que el SCR). 



FORMA DE ONDA EN EL APAGADO DEL GTO 







Para cortar el GTO se aplica una corriente IG- =IA/boff muy grande. Ya que boff es del orden de 5 a 10.
Esta corriente negativa debe mantenerse para evitar que el dispositivo entre en conducción espontáneamente.

APLICACIONES

Como el GTO tiene una conducción de corriente unidireccional, y puede ser apagado en cualquier instante, éste se aplica en circuitos chopper (conversiones de dc- dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de potencia en los que los MOSFET's, TBJ's e IGBT's no pueden ser utilizados. A bajos niveles de potencia los semiconductores de conmutación rápida son preferibles. En la conversión de AC - DC, los GTO's, son útiles porque las estrategias de conmutación que posee, pueden ser usadas para regular la potencia, como el factor de potencia.
a nivel industrial algunos usos son:
troceadores y convertidores.
Control de motores asíncronos.
Inversores.
Caldeo inductivo.
Rectificadores.
Soldadura al arco.
Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI).
Control de motores.
Tracción eléctrica.









 )









IGBT

 
Durante muchos años se a buscado la forma de crear un dispositivo que fuese lo sufientemente veloz y que pudiese amnejar grandes cargas pero han surgido nuevas ideas con la union de un mosfet como dispositivo de disparo y un tbj de deispositivo de potoncia y de esta forma se llego a la invencion del igbt el cual sera expuesto en el siguiente documento



QUE ES EL IGBT:



La sigla IGBT corresponde a las iniciales de isolated gate bipolar transistor o sea transistor bipolar de puerta de salida

El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que combina los atributos del TBJ y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. El símbolo más comúnmente usado se muestra en la figura . Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenómeno de ruptura secundario como el TBJ.

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia.

Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

El IGBT de la figura es una conexión integrada de un MOSFET y un BJT. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones



SIMBOLOGIA:



Es un componente de tres terminales que se denominan GATE (G) o puerta, COLECTOR (C) y EMISOR (E) y su símbolo corresponde al dibujo de la figura siguiente. 

 

Su estructura microelectrónica es bastante compleja es por ello que lo describimos en base a su esquema equivalente.





CURVA CARACTERISTICA IGBT:  



COMO FUNCIONA:

Consideremos 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.



CARACTERISTICAS A TENER EN CUENTA EN UN IGBT:



• IDmax Limitada por efecto Latch-up.
• VGSmax Limitada por el espesor del óxido de silicio.
• Se diseña para que cuando VGS = VGSmax la corriente de cortocircuito sea entre
4 a 10 veces la nominal (zona activa con VDS=Vmax) y pueda soportarla durante
unos 5 a 10 &#956;s. y pueda actuar una protección electrónica cortando desde
puerta.
• VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como &#945; es muy baja, será
VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700,
2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV).
• La temperatura máxima de la unión suele ser de 150ºC (con SiC se esperan
valores mayores)
• Existen en el mercado IGBTs encapsulados que soportan hasta 400 o 600 Amp.
• La tensión VDS apenas varía con la temperatura &#8658; Se pueden conectar en
paralelo fácilmente &#8658; Se pueden conseguir grandes corrientes con facilidad,
p.ej. 1.200 o 1.600 Amperios.
En la actualidad es el dispositivo mas usado para potencias entre varios kW y un
par de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.



A continuacion se presentan algunas de las presentaciones mas comunes de un IGBT.