Eletronica industrial

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Trabalho Eletronica Industrial |
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Engenharia de Controle e Automação 10°Semestre

IGBT X SCR
IGBT:
O nome IGBT, é uma sigla de origem na Língua Inglesa e significa Insulated Gate Bipolar Transistor ou, em Português Transistor Bipolar de Porta Isolada. O IGBT é um semicondutor de potência que alia as características de chaveamento dos transistores bipolares com aalta impedância dos MOSFETs apresentando baixa tensão de saturação e alta capacidade de corrente. O IGBT destaca-se por possuir alta eficiência e rápido chaveamento. Atualmente é muito utilizado em equipamentos modernos como carros elétricos ou híbridos, trens, aparelhos de ar condicionado e fontes chaveadas de alta potência. Devido a seu projeto que permite rápido chaveamento (liga/desliga),encontra aplicação também em amplificadores  e geradores que necessitam sintetizar formas de onda complexa através de PWM e filtros passa-baixa.
O IGBT é uma invenção recente. A primeira geração de dispositivos desse tipo na década de 1980 e início dos anos 90 possuíam chaveamento relativamente lento e seu desligamento (corte na condução) não ocorria enquanto existisse corrente fluindo (característicaconhecida na língua inglesa como latchup). A segunda geração de IGBT apresentava melhoria e atualmente, os dispositivos de terceira geração são muito melhores com velocidade de chaveamento equiparada à dos MOSFETs além de excelente tolerância à sobrecarga e durabilidade.
Basicamente, o IGBT pode ser analisado como um mosfet acionando um transistor bipolar. Este arranjo apresenta um tiristorparasita, que normalmente é ignorado devido ao avanço tecnológico realizado na construção do componente, que não apresenta mais este inconveniente.

Simbologia do IGBT Sessão vertical de uma célula IGBT Circuito Equivalente Curva característica

Operação Física do IGBT
Na figura a seguir, apresentamos a estrutura de um típico IGBT de canal tipo N. Todas asdiscussões apresentadas aqui estão relacionadas com o dispositivo de canal tipo N, pois o canal tipo P é análogo e possui uma operação física dual àquela apresentada para o de canal tipo N.
Sua estrutura muito semelhante àquela apresentada por um transistor MOSFET. Onde, no caso o IGBT, teremos uma dupla difusão de uma região do tipo P e uma do tipo N.
Abaixo da região da porta (Gate), uma camada deinversão pode ser formada a partir da aplicação de uma certa tensão entre a porta e o emissor (emitter), tal como é feito em um MOSFET para fazê-lo entrar em condução.
A principal diferença entre essa estrutura do IGBT e a de um MOSFET é a inclusão de um substrato P+ (O símbolo “+” foi colocado para indicar que esta  região é fortemente dopada, enquanto que o símbolo “-” indica que a região éfracamente dopada) onde é conectado o terminal de coletor (collector). Esta mudança tem como efeito a inclusão de características bipolares ao dispositivo. Esta camada P+ tem como objetivo a inclusão de portadores positivos – lacunas – na região de arrastamento (Drift region) como é feito em um transistor bipolar do tipo pnp.
Na estrutura do IGBT, é importante notar que o terminal de porta está conectadoà duas regiões – isoladas do material semicondutor através de uma camada isolante de óxido de silício (SiO2) – ao invés de ser apenas uma região como costumamos ver em MOSFET’s. Assim, como veremos, o IGBT apresenta formação de dois canais ao invés de apenas um.

 
            O IGBT é freqüentemente utilizado como uma chave, alternando os estados de condução (On-state) e corte (Off-state) osquais são controlados pela tensão de porta, assim como em um MOSFET.
            Se aplicarmos uma pequena tensão de porta positiva em relação ao emissor, a junção J1 da figura anterior ficará reversamente polarizada e nenhuma corrente irá circular através dessa junção. No entanto, a aplicação de uma tensão positiva no terminal de porta fará com que se forme um campo elétrico na região de...
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