Entendendo os transistores bipolares de portão isolados (IGBTS)
2025-07-30 21242

IGBT significa transistor bipolar de portão isolado.O IGBT é um interruptor eletrônico especial usado para controlar grandes quantidades de eletricidade.Os IGBTs funcionam rapidamente e são usados em coisas como carros elétricos, painéis solares e máquinas.Este guia explica o que é um IGBT, como funciona e onde deve ser usado.

Catálogo

Figura 1. Módulos IGBT (transistor bipolar de porta isolados)

O que é um IGBT?

Um IGBT, ou Transistor bipolar isolado, é um dispositivo semicondutor de energia usado para alternar ou controlar grandes quantidades de energia elétrica.O IGBT possui três terminais: colecionador, emissor e portão.

O IGBT funciona como uma mistura de outros dois dispositivos: um MOSFET e um BJT.O IGBT usa uma pequena tensão no portão para controlar uma corrente maior entre o coletor e o emissor.Isso o torna um interruptor controlado por voltagem.

Quando você aplica um tensão positiva Para o portão, o IGBT gira sobree fluxos de corrente.Quando existe sem tensão, isso vira desligado, e as paradas atuais.Isso o torna um dispositivo rápido e fácil de usar para controlar a energia.

História do IGBT

O IGBT foi pensado pela primeira vez em 1979 por Dr. B. Jayant Baliga.Ele queria fazer uma parte melhor para controlar a energia em máquinas.No início dos anos 80, outros cientistas trabalharam nessa idéia e a tornaram melhor.Em 1982, o design estava quase pronto para ser usado.

Em 1983, empresas gostam General Electric e Siemens Fiz os primeiros IGBTs que você poderia comprar.No começo, eles tiveram alguns problemas, foram um pouco lentos e podiam ficar quentes facilmente.Mas com o tempo, eles corrigiram esses problemas e os fizeram funcionar mais rápido e com mais segurança.

À medida que melhoravam, o IGBTS começou a ser usado em muitas coisas como carros elétricos, sistemas de energia solar, trens e equipamentos de fábrica.Hoje, o IGBT é uma parte básica de muitas máquinas que precisam controlar a energia de uma maneira inteligente e segura.

Símbolo de circuito de IGBT

Figura 2. Símbolo do circuito IGBT

Esta imagem mostra como o IGBT funciona em um circuito.O portão é o terminal de controle em que uma pequena tensão, chamada VGE (tensão de porta para o Emitter), é aplicada para ligar ou desativar o dispositivo.Quando uma tensão positiva é aplicada ao portão, o IGBT liga, permitindo que a corrente (IC) flua do coletor para o emissor.Esse fluxo de corrente é mostrado pela seta para baixo no meio do símbolo.A tensão através do coletor e do emissor é rotulada como VCE.Quando o IGBT está desligado (sem tensão no portão), essa corrente não flui.O emissor é o terminal de saída e o IE de corrente flui através dele.

Estrutura do IGBT

Figura 3. Estrutura IGBT

Essa estrutura básica do IGBT se parece muito com um MOSFET POWER, mas com uma diferença, possui uma camada p+ extra na parte inferior, chamada de camada de injeção.O IGBT possui várias camadas feitas de diferentes tipos de material.Na parte superior, existem regiões n+ chamadas de fonte e, na parte inferior, está o colecionador, onde a corrente flui para fora.O portão, que controla o dispositivo, fica na parte superior e é feito de camadas de metal, óxido e semicondutor, assim como em um MOSFET.Existem dois tipos principais de IGBTS: PT IGBT (Punch -through) - esse tipo possui uma camada de buffer N+ extra, que ajuda a mudar mais rápido e funcionar melhor com altas tensões.NPT IGBT (não fundido)-Este tipo não possui a camada de buffer.

Vantagens e desvantagens do IGBT

Vantagens do IGBT:

• Fácil de controlar - precisa de apenas uma pequena tensão no portão para ligar ou desligar.

• Lida com alta potência - pode controlar grandes quantidades de corrente e tensão.

• Alta eficiência - resíduos menos energia durante a comutação, o que reduz o calor.

• Comutação rápida - liga e desliga rapidamente, útil para sistemas de energia modernos.

• Combina os melhores recursos - oferece o controle de um MOSFET e o poder de um BJT.

Desvantagens do IGBT:

• Não tão rápido quanto os MOSFETs - os IGBTs são um pouco mais lentos na comutação em comparação com os MOSFETs.

• Mais calor em alta frequência - pode ficar quente se usado em circuitos de comutação muito rápida.

• Custo - o IGBT pode ser mais caro do que outros dispositivos de comutação.

• Problema de trava - em casos raros, pode ficar preso na posição "ON" sob certas condições de falha.

Aplicações do IGBT

Os IGBTs são encontrados em máquinas e sistemas que precisam controlar a eletricidade forte instantaneamente e com segurança.Eles são comuns em:

Veículos elétricos (VEs) - IGBTs usados em sistemas de controle de motor e carregamento de bateria.

Sistemas de energia solar - O IGBTS ajuda a converter energia solar em eletricidade utilizável através de inversores.

Turbinas eólicas - Os IGBTs gerenciam a energia gerada e a enviam para a grade.

Trens e metrôs - Os IGBTs controlam motores para movimento suave e eficiente.

Máquinas industriais - O IGBTS é ótimo em máquinas de soldagem, acionamentos de motor e sistemas de automação.

UPS (fontes de alimentação ininterruptas) - O IGBTS garante uma fonte de alimentação constante durante os apagões.

Ar condicionado e geladeiras - O IGBTS ajuda a melhorar a eficiência energética através do melhor controle motor.

Diferentes tipos de IGBT

Figura 4. Tipos de IGBT

IGBT de soco (PT IGBT) - O IGBT de punção inclui uma parte extra dentro chamada de camada de buffer.Ajuda o dispositivo a funcionar de maneira fácil e suave com potência média.O PT IGBTS é usado em sistemas como pequenos motores e ferramentas elétricas básicas, onde é necessária uma resposta rápida.

IGBT não fundamental (NPT IGBT) -O IGBT não fundamental não possui a parte do buffer.Em vez disso, possui uma seção mais espessa que permite lidar com a tensão mais forte e as condições mais ásperas.Os tipos de NPT são usados em máquinas pesadas e grandes sistemas de energia porque são difíceis e confiáveis.

IGBT da parada de campo - Este é um tipo mais novo feito para ser mais eficiente.O IGBT da parada de campo possui uma camada especial que controla o campo elétrico, que ajuda a trabalhar mais rápido e usar menos energia.Você encontrará isso em itens como painéis solares, carros elétricos e eletrodomésticos.

Trench IGBT - Os IGBTs da trincheira usam um design diferente, onde o portão é colocado verticalmente em forma de "vala".Esse design faz melhor uso do espaço e permite que mais corrente flua com menos perda.Eles são muito eficientes, compactos e rápidos, o que os torna ideais para sistemas de alta velocidade e alta corrente, como conversores de energia e acionamentos avançados.

Formatos de embalagem IGBT

Os transistores bipolares de porta isolados (IGBTs) vêm em diferentes tipos de pacotes, cada um projetado para usos específicos e condições de trabalho.Escolher o pacote certo é necessário porque afeta o desempenho, a confiabilidade, o resfriamento e a facilidade do IGBT em um circuito.

Figura 5. Pacotes de dispositivo padrão

Pacotes de dispositivo padrão -Os IGBTs normalmente aparecem em formatos como TO-247, TO-220 e pacotes semelhantes.Esses tipos lidam com tarefas de alta potência de maneira eficaz e são adequadas para aplicações como unidades de motor, inversores e sistemas de controle de energia.Seu tamanho maior suporta melhor dissipação de calor e permite uma montagem fácil para os dissipadores de calor.Esses projetos acomodam altas correntes e tensões, tornando-os ideais para operações de nível industrial.

Figura 6. Pacotes de montagem de superfície

Pacotes de montagem de superfície -Quando o espaço é limitado, versões de montagem de superfície como SC-74 e SOT-457 entram em jogo.Esses pacotes compactos são projetados para linhas de produção automatizadas e ajudam a reduzir o espaço da placa de circuito.Eles aparecem frequentemente em sistemas de potência de baixa a média, incluindo eletrônicos portáteis, unidades de energia compacta e outros designs de economia de espaço.

Figura 7. Formato de módulos IGBT

Módulos IGBT - Em sistemas de alta potência, você pode usar módulos IGBT.Estes são blocos maiores que mantêm vários IGBTs em um corpo.Eles vêm em diferentes configurações, como circuitos de meia ponte, dupla ou reforço, depende de sua necessidade.Os módulos são perfeitos para energia solar, turbinas eólicas, trens elétricos e máquinas de fábrica.

Os módulos IGBT facilitam as coisas.Eles combinam muitas partes em uma unidade, o que significa menos fios e menos chances de problemas.Muitos deles também têm camadas de resfriamento embutidas para remover melhor o calor.Isso permite que eles lidem com mais poder sem superaquecer, o que é ótimo para empregos pesados.

IGBT vs. MOSFET

Recurso	IGBT	MOSFET
Nome completo	Isolado Transistor bipolar de portão	Metal-óxido-semicondutor Transistor de efeito de campo
Melhor para	Alto aplicações de tensão e alta corrente	Baixo circuitos de tensão e troca rápida
Comutação Velocidade	Mais devagar do que MOSFET	Muito rápido comutação
Poder Manuseio	Alças alta potência e cargas grandes	Melhor para menor potência
Tensão Faixa	Ideal para > 400V	Ideal para <250V
Atual Manuseio	Alças poço de alta corrente	Moderado Capacidade atual
Aplicações	Motor unidades, inversores, ups, máquinas de soldagem, trens elétricos	Poder Suprimentos, carregadores, conversores, hardware de computador
No estado Queda de tensão	Um pouco maior (causa alguma perda de energia)	Mais baixo resistência quando ligado (menos perda de energia em baixa tensão)
Unidade de portão Poder	Requer Menos potência de acionamento	Também requer potência de acionamento de portão baixa
Entrada do portão	Controlado por voltagem	Controlado por voltagem
Diodo corporal	Fraco (Diodo externo frequentemente necessário)	Forte Diodo corporal embutido
Térmico Desempenho	Pode correr quente sob condições de comutação alta	Melhor em Manipulação de calor em configurações de baixa potência de troca rápida
Paralelo Habilidade	Mais difícil devido a problemas de compartilhamento atuais	Mais fácil de Múltiplos dispositivos paralelos
Custo	Geralmente mais caro	Mais barato
Confiabilidade	Alto confiabilidade em projetos de alta tensão	Alto confiabilidade em aplicações de baixa tensão

Conclusão

Os IGBTs são melhores em sistemas que precisam controlar a forte potência com segurança.Eles são fáceis de usar e funcionam bem em muitos dispositivos.Mesmo que sejam um pouco mais lentos que os MOSFETs, eles são ótimos para trabalhos de alta potência.