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6.12: IGBT

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    Debido a sus puertas aisladas, los IGFET de todos los tipos tienen una ganancia de corriente extremadamente alta: no puede haber una corriente de puerta sostenida si no hay un circuito de puerta continuo en el que los electrones puedan fluir continuamente. La única corriente que vemos a través del terminal de puerta de un IGFET, entonces, es cualquier transitorio (breve sobretensión) que pueda requerirse para cargar la capacitancia de puerta-canal y desplazar la región de agotamiento a medida que el transistor cambia de un estado “encendido” a un estado “apagado”, o viceversa.

    Esta alta ganancia de corriente parecería situar a la tecnología IGFET en una ventaja decidida sobre los transistores bipolares para el control de corrientes muy grandes. Si se utiliza un transistor de unión bipolar para controlar una corriente de colector grande, debe haber una corriente base sustancial originada o hundida por algunos circuitos de control, de acuerdo con la relación β. Para dar un ejemplo, para que una potencia BJT con un β de 20 conduzca una corriente de colector de 100 amperios, debe haber al menos 5 amperios de corriente base, una cantidad sustancial de corriente en sí misma para que los circuitos de control discretos o integrados en miniatura manejen:

    03308.png

    Sería bueno desde el punto de vista de los circuitos de control tener transistores de potencia con alta ganancia de corriente, de modo que se necesita mucha menos corriente para el control de la corriente de carga. Por supuesto, podemos usar transistores de par Darlington para aumentar la ganancia de corriente, pero este tipo de disposición aún requiere mucha más corriente de control que un IGFET de potencia equivalente:

    03309.png

    Desafortunadamente, sin embargo, los IGFET tienen problemas propios para controlar la alta corriente: normalmente exhiben una mayor caída de voltaje de drenaje a fuente mientras están saturados que la caída de voltaje de colector a emisor de un BJT saturado. Esta mayor caída de voltaje equivale a una mayor disipación de potencia para la misma cantidad de corriente de carga, limitando la utilidad de IGFET como dispositivos de alta potencia. Aunque algunos diseños especializados como el denominado transistor VMOS han sido diseñados para minimizar esta desventaja inherente, el transistor de unión bipolar sigue siendo superior en su capacidad para conmutar altas corrientes.

    Una solución interesante a este dilema aprovecha las mejores características de IGFET con las mejores características de los BJT, en un dispositivo llamado Transistor Bipolar de Puerta Aislada, o IGBT. También conocido como MOSFET de modo bipolar, un Transistor de Efecto de Campo Modulado por Conductividad-( COMFET), o simplemente como Transistor de Puerta Aislada (IGT), es equivalente a un par Darlington de IGFET y BJT:

    03310.png

    En esencia, el IGFET controla la corriente base de un BJT, que maneja la corriente de carga principal entre el colector y el emisor. De esta manera, hay una ganancia de corriente extremadamente alta (ya que la puerta aislada del IGFET prácticamente no extrae corriente de los circuitos de control), pero la caída de voltaje de colector a emisor durante la conducción completa es tan baja como la de un BJT ordinario.

    Una desventaja del IGBT sobre un BJT estándar es su tiempo de apagado más lento. Para una conmutación rápida y una alta capacidad de manejo de corriente, es difícil vencer al transistor de unión bipolar. Los tiempos de apagado más rápidos para el IGBT se pueden lograr mediante ciertos cambios en el diseño, pero solo a expensas de una mayor caída de voltaje saturado entre el colector y el emisor. Sin embargo, el IGBT proporciona una buena alternativa a IGFET y BJT para aplicaciones de control de alta potencia.


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