UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

Facultad de Ingeniería Industrial

Especialidad: Ingeniería Mecatrónica

Curso: Circuitos Electrónicos II

Guía de Laboratorio N° 3

Tema: Comportamiento de un IGBT

1. Objetivos

Explicar la operación de los IGBT.

Discutir las ventajas del IGBT sobre MOSFET y el BJT.

Discutir como enciende y apaga un IGBT.

Discutir una aplicación de un IGBT.

2. Actividades Preparatorias

El alumno deberá revisar la guía de laboratorio hecha especialmente a modo de tutorial, pero que toma en consideración lo necesario para un aprendizaje rápido tomando en cuenta la bibliografía correspondiente al curso, definida en el sílabo.

3. Sumario de Conceptos

El IGBT (transistor bipolar de compuerta aislada) combina las características tanto del MOSFET como del BJT que lo hacen útil en aplicaciones de conmutación de alto voltaje y alta corriente. El IGBT ha reemplazado en gran medida al MOSFET y al BJT en muchas de estas aplicaciones.

El IGBT es un dispositivo que tiene las características de conducción de salida de un BJT pero es controlado por voltaje como un MOSFET, y constituye una excelente opción para aplicaciones de conmutación de alto voltaje. El IGBT tiene tres terminales: la compuerta, el colector y el emisor. En la figura 1-1 se muestra un símbolo común de circuito. Como se puede ver, es similar al símbolo de BJT, excepto porque hay una barra extra que representa la estructura de la compuerta de un MOSFET y no la de una base.

Fig 1-1. Símbolo para el IGBT Fig 1-2. Circuito Equivalente Simplificado

Operación del IGBTEl voltaje de compuerta controla el IGBT exactamente como un MOSFET. En esencia, un IGBT puede ser considerado como un BJT controlado por voltaje, pero con velocidades de conmutación más rápidas. Debido a que es controlado por voltaje en la compuerta aislada, el IGBT en esencia no tiene corriente de entrada y no carga la fuente de excitación. Un circuito equivalente simplificado de un IGBT se muestra en la figura 1-2. El elemento de entrada es un MOSFET y el de salida es un transistor bipolar. Cuando el voltaje en la compuerta con respecto al emisor es menor que un voltaje de umbral, Vumbral, el dispositivo se apaga. El dispositivo se prende incrementando el voltaje en la compuerta a un valor que excede el voltaje de umbral.

La estructura npnp del IGBT forma un transistor parásito y una resistencia parásita inherente dentro del dispositivo, como se muestra en gris en la figura 1-3. Estos componentes parásitos notienen efecto durante operación normal. No obstante, si se excede la corriente máxima en el colector en ciertas circunstancias, el transistor parásito, Qp, puede prenderse. Si Qp se prende, se combina efectivamente con Q1 para formar un elemento parásito, como se muestra en la figura 8-53, en la cual se puede presentar una condición de enganche en un estado. En la condición de enganche, el dispositivo permanecerá encendido y no se puede controlar mediante el voltaje de la compuerta. Esta condición puede ser evitada si se opera siempre dentro de los límites especificados del dispositivo.

Fig 1-3. Componentes parásitos de un IGBT

4. CIRCUITO CON UN IGBT

El circuito controlador de puerta del IGBT se muestra en la figura 1-4. El IGBT es manejado indirectamente por el TL 494 a través de un transistor MOSFET debido a que la señal de disparo que se obtiene del TL494 es lo contrario de lo que el IGBT necesita. La configuración de este circui8to está basada en la hoja de datos de los transistores para la protección y correcto funcionamiento de los mismos.La función del MOSFET es enviar al IGBT el complemento de la señal del pin 11 del TL494 ya que el IGBT necesita una gran cantidad de corriente para encenderse, la cual, no puede ser suministrada por TL494 pero si la puede suministrar el TL494.

Fig 1-4. Controlador de Puerta del IGBT

5. CUESTIONARIO5.1. ¿Cuál es el área principal de aplicación de los IGBT?5.2. En la simulación, demostrar los valores opuestos del TL 494 con el MOSFET IRF640.5.3. Realizar las mediciones correspondientes de voltaje y corriente para el MOSFET y el

IGBT.5.4. Mencione una ventaja de un IGBT sobre un MOSFET de potencia5.5. Mencione una ventaja de un IGBT sobre un BjT de potencia.5.6. Investigue y encuentre al menos 04 IGBTs comerciales, muestre sus imágenes físicas

reales.

6. CONCLUSIONES

7. BIBLIOGRAFÍA