el igbt ledesma de la cruz, wilmer - une

1

U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E E D U C A C I Ó N

Enrique Guzmán y Valle

Alma Máter del Magisterio Nacional

FACULTAD DE TECNOLOGÍA

Escuela Profesional de Electrónica y Telecomunicaciones

MONOGRAFÍA

El IGBT

Examen de Suficiencia Profesional Res. Nº 0801-2019-D-FATEC

Presentada por:

Ledesma De La Cruz, Wilmer

Para optar al Título Profesional de Licenciado en Educación

Especialidad: Electrónica e Informática

Lima, Perú

2019

3

Dedicatoria:

A Dios porque él es el dador de la sabiduría, en

segundo lugar, dedico a mi mamá porque me

apoya en todo tiempo.

iii

4

Índice de contenidos

Portada……………………………………………………………………………………i

Hoja de firmas de jurado…………………………………………………………………ii

Dedicatoria………………………………………………………………………………iii

Índice de contenidos……………………………………………………………………..iv

Lista de figuras………………………………………………………………………….vii

Introducción……………………………………………………………………………..ix

Capítulo I. El IGBT y sus características…………………………………………….11

1.1 Origen del IGBT…………………………………………………………………….11

1.2 Estructura y composición del IGBT………………………………………………...12

1.2.1 Tipos de IGBT de canal N y canal P………………………………………....12

1.2.2 Diferencias entre el IGBT y el MOSFET…………………………………….13

1.2.3 Tienen en común IGBT y MOSFET…………………………………………13

1.2.4 Diferencias estructurales……………………………………………………..14

1.3 Características del IGBT……………………………………………………………14

1.3.1 Características a tener en cuenta en un IGBT………………………………14

1.4 Diferentes estructuras del IGBT…………………………………………………….17

1.5 Tecnología…………………………………………………………………………..18

Capítulo II. Funcionamiento del IGBT………………………………………………20

2.1 Funcionamiento básico del IGBT………………………………………………….. 20

2.1.1 Encendido del IGBT………………………..………………………………23

2.1.2 Apagado del IGBT………………………………………………………….24

2.1.3 Método de protección de IGBT……………………………………………. 25

2.1.4 Características eléctricas……………………………………………………27

2.2 Tiempos de conmutación…………………………………………………………... 28

iv

5

2.3 Características de conmutación………………………………………………….…..29

2.4 Otros parámetros importantes……………………………………………….…….…30

2.5 El transistor de potencia…………………………………………………….….…….30

2.6 Principios básicos de funcionamiento…………………………………………..……31

2.6.1 Modos de trabajo………………………………………………………….…31

2.6.2 Avalancha secundaria de curvas SOA……………………………….……...32

2.6.3 Efecto producido por carga inductiva……………………………….……....33

2.7 Cálculo de potencias disipadas en conmutación con carga resistiva…………..…….34

2.8 Ataque y protección del transistor de potencia…………………………………..…..36

Capítulo III. Aplicaciones del IGBT……………………………………………….….41

3.1. Aplicaciones…………………………………………………………………….…..41

3.2. Estudio eléctrico y térmico en transistores IGBT………………………………..….42

3.3. Control de reparto de corriente…………………………………………………..….42

3.4. Análisis eléctrico…………………………………………………………………....44

3.5. Para los dispositivos semiconductores de potencia…………………………....…...45

Aplicación didáctica………………………………………………………………….….46

Sesión de aprendizaje Nº1………………………………………………………………46

Hoja de extensión……………………………………………………………………….48

Hoja de información…………………………………………………………………….50

Hoja de laboratorio Nº1…………………………………………………………..….....59

Evaluación……………………………………………………………………...….…...65

Lista de cotejo…………………………………………………………………..….…...67

Ficha de metacognición………………………………………………….………..…….68

Diapositivas del módulo del IGBT…………………………………….…………..…...69

Conclusiones…………………………………………………………………………....71

v

6

Recomendaciones………………………………………………………………………...72

Referencias…………………………………………………………………………….....73

Apéndices……………………………………………………………………………..….74

Apéndice A: Glosario de términos…………………………………………………..…...74

Apéndice B: Diapositivas de sustentación…………………………………….………....77

vi

7

Lista de figuras

Figura 1. El IGBT…………………………………………………………………………12

Figura 2. Los transistores bipolares………………………………………………………13

Figura 3. Módulo semipuente 1200v 400Amp…………………………………………...15

Figura 4. Módulo con IGBT…………………………………………………………......16

Figura 5. Sección de un IGBT throungh sin golpe…………………….……………..…..17

Figura 6. Sección de un IGBT punch through en tanchée………………………………..18

Figura 7. Módulo IGBT 3300 V 1200 A………………………………………………….18

Figura 8. Dentro de un módulo IGBT de 600 V 400 A…………………………………..19

Figura 9. Funcionamiento del transistor IGBT…………………………………………....21

Figura 10. Sección vertical de un IGBT…………………………………………………..21

Figura 11. Circuito equivalente aproximado del IGBT…………………………………...22

Figura 12. Comparación VDs(ON) MOS-IGBT para misma BVDss(OFF)………………….....22

Figura 13. Transistores MOSFET y BJT ………………………………………………....23

Figura 14. Circuito equivalente del IGBT que contempla el tiristor parásito………….....23

Figura 15. Encendido del IGBT…………………………………………………………..24

Figura 16. Apagado del IGBT………………………………………………………….....25

Figura 17. Modelo de IGBT 430v 200ª número de parte RJP56f4……………………….25

Figura 18. El IGBT……………………………………………………………………….26

Figura 19. Configuración del IGBT……………………………………………………....26

Figura 20. Señal de respuesta de trabajo del IGBT…………………………………….....27

Figura 21. Curva característica estática de un transistor IGBT de canal n…………….....28

Figura 22. Tiempos de conmutación…………………………………………………..….28

Figura 23. Tiempo de excitación o encendido (on) y tiempo de apagado (off)…………..29

vii

8

Figura 24. Características de conmutación……………………………………………….29

Figura 25. Parámetros importantes de las señales del IGBT ..……………………………….30

Figura 26. Modos de trabajo……………………………………………………………...32

Figura 27. Avalancha secundaria de curvas SOA…………………………………...…...32

Figura 28. Área de funcionamiento seguro en régimen continuo y pulsante………….....33

Figura 29. Transferencia transistor en conmutación con carga inductiva……………......33

Figura 30. Proteger al transistor………………………………………………………….34

Figura 31. Conmutación con carga resistiva……………………………………………..35

Figura 32. Ataque y protección del transistor de potencia…………………………….....37

Figura 33. Un transistor que actúa en conmutación…………………….…………….….37

Figura 34. Un transistor que actúa en conmutación……………………………….……..38

Figura 35. Un circuito más serio es el de control antisaturación…………………….......39

Figura 36. Control de reparto de corriente…………………………………………….....43

Figura 37. Modelo simplificado de un transistor IGBT…………………………..……...44

Figura 38. Reparto de corriente………………………………………………………......45

Figura 39. Ilustración de área de operación segura de un transistor de potencia………...45

viii

9

Introducción

El transistor IGBT es un dispositivo electrónico trabaja como amplificador de corriente y

de voltaje, y tiene componentes semiconductores. El componente más empleado es el

silicio y el germanio, en los cuales son agregadas las impurezas. Los semiconductores del

tipo-n, hay una abundancia de electrones libres, o cargas negativas y los semiconductores

del tipo-p hay una insuficiencia de electrones y hay demasiada cargas positivas.

El propósito del trabajo de la monografía ha sido con la finalidad de enseñanza del

IGBT, para entender en que consiste el trabajo corriente (I.C.E), voltaje (V.C.E) y también

en su respuesta a sus frecuencias, voltaje, amplificación de señal y ciclos de trabajo que se

muestran a través del osciloscopio de 4 canales. Se puede observar el muestreo de las

señales en tiempo real. Nos permite mostrar la señal de un timer 555, esta señal ira a la

compuerta del IGBT, dicha señal amplificara la corriente que controla a la bobina de

encendido del primario. Y a su vez tendremos una respuesta en la bobina del secundario

permitiendo un alto voltaje que se verá a la salida de la bujía de encendido del automóvil.

Durante considerable tiempo se investigó como lograr un componente electrónico

que alcanzara alta impedancia de entrada y que externamente competente de manipular

altas potencias a altas velocidades, lo que permitió la fabricación de transistores bipolar de

puerta aislada (IGBT). Hoy en día los transistores IGBT lo encontramos en diferentes

equipos electrónicos de las principales empresas del medio, también lo encontramos desde

una fuente switch, televisores led, variadores de velocidad, automóviles, en las

computadoras, receptores de radio, instrumentación de control automático (PLC), celulares

en dispositivos SMD, etc.

La monografía está dividida en tres capítulos: el capítulo I, el IGBT y sus

características; el capítulo II; el IGBT y funcionamiento del IGBT; el capítulo III,

ix

10

aplicaciones del IGBT. Finalmente, la aplicación didáctica, conclusiones y

recomendaciones y apéndices.

x

11

Capítulo I

El IGBT y sus características

1.1 Origen del IGBT

Akakiri y Yamagami de origen japonés, plantearon en 1968 un componente de cuatro

capas volteas semiconductoras P-N-P-N se encargan de controlar la puerta de un

semiconductor de óxido metálico, sin trabajo regenerativo. En el año 1978 crearon en

un controlador rectificador de silicio por Scharf y Plummer, este tipo de trabajo explicado

por los investigadores asimismo también fue descubierto por J. Jayant Baliga, en el año

1979, en un componente llamó MOSFET en el surco vertical con una zona drenaje

cambiada por zona de ánodo de tipo P. Plummer pidió una patente para el componente que

planteó en 1978.

Este componente electrónico tiene diferentes tipos señales de los transistores en alta

corriente y bajo voltaje de saturación en el transistor bipolar, utilizaron la puerta aislada

FET para controlar la entrada y como interruptor un transistor bipolar.

El transistor IGBT han reconocido progresos que no son factibles hasta en aquel

tiempo, los variadores de frecuencia, en los aparatos eléctricos, usan receptores de

potencia, domótica y sistemas de alimentación permanente.

12

G: Puerta

C: Colector

E: Emisor

Figura 1. El IGBT. Fuente: Autoría propia.

1.2 Estructura y composición del IGBT

El transistor IGBT es el componente electrónico semiconductor con cuatro capas que se

modifican (PNPN) son inspeccionados por un óxido de metal semiconductor, distribución

de la puerta sin trabajo regenerativo. El transistor bipolar de puerta aislada se fabricó de

forma equivalente a un MOSFET.

El circuito de excitación del IGBT es igual MOSFET, los tipos de manejo son

como las del BJT.

1.2.1 Tipos de IGBT de canal N y canal P.

En escenarios de reposo, la corriente de Gate es casi nula como en la parte interna

del dispositivo, el terminal Gate se conecta a un capacitor. Esto hace pasar la corriente de

Gate cuando la tensión de entrada cambia de estado lógico y por este motivo el consumo

de los mofetas, todos los circuitos lógicos MOS crecen en proporción a la frecuencia de

conmutación.

El power mosfets son dos formas: los de canal N y los de canal P. La oposición

entre estos está en la polaridad de conexión Source-Drain y la tensión de Gate de los

mosfets de canal P es negativa de formas que existen entre los transistores NPN y PNP).

13

1.2.2 Diferencias entre el IGBT y el MOSFET.

Los transistores bipolares eran mejores transistores de potencia real, hasta que

aparecieron los MOSFET al inicio de los años 70. Los transistores BJT han pasado por

mejoras en su ganancia eléctrica en 1947 y todavía se usan ampliamente en circuitos

electrónicos. Los transistores bipolares poseen formas de apagado relativamente lentas y

exhiben un coeficiente de temperatura negativo que produce una ruptura secundaria. Los

transistores IGBT es básicamente un cruce entre los transistores bipolares y los MOSFET

y además está controlado por voltaje como los MOSFET.

Figura 2. Los transistores bipolares. Fuente: Autoría propia.

1.2.3 Tienen en común IGBT y MOSFET.

Los transistores IGBTs y MOSFETs esta construidos por un material semiconductor.

MOSFETs están en regiones de tipo P dos espaciadas por una región tipo N o dos regiones

de tipo N separadas por una región de tipo P. Dos de los contactos de lo MOSFET se unen

a cada uno de los dos tipos P- (tipo N) regiones. Un tercer contacto es a la región tipo N (o

tipo P) interviene, pero separado por una capa aislante. El voltaje aplicado por este tercer

contacto afecta la conductividad entre los dos tipos P- (o regiones de tipo N).

14

1.2.4 Diferencias estructurales.

Un IGBT y un MOSFET tienen un semiconductor tipo P bajo el arreglo estándar

extra. Se produce un efecto en el transistor IGBT las particularidades de un MOSFET en

mezclan de dos BJT. El IGBT es utilizado en potencia esto hace que desarrolle un buen

trabajo.

1.3 Características del IGBT

El transistor IGBT es apropiado para ser más veloz en conmutación será de 100 kHz y ha

remplazado el BJT en muchos procesos. Se emplea procesos de altas y medios energía

como origen conmutada, revisión de la tracción en motores e inducción.

1.3.1 Características a tener en cuenta en un IGBT.

A continuación, las siguientes características del IGBT:

IDmax Restringida con resultado Latch-up.

VGSmax Restringida por el grosor del óxido de silicio.

El diseño VGS = VGSmax la corriente de corto circuito será de 4 a 10 veces la

nominal que es la zona activa con VDS=Vmax y aguanta unos 5 a 10 µs. y cuenta con

una defensa electrónica cortando desde puerta.

VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como α es; 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 será de 150ºC (con SiC se esperan valores mayores).

Hallamos el IGBTs encapsulados que aguantan hasta 400 o 600 Amp.

15

La tensión VDS difícilmente varía con la temperatura. Se logran conectar en

paralelo fácilmente. Se pueden lograr grandes corrientes con facilidad,

p.ej. 1.200 o 1.600 Amp.

Hoy en día es el dispositivo más usado para potencias entre varios kW y un

par de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.

A continuación, las presentaciones más comunes de un IGBT.

Figura 3. Módulo semipuente 1200v 400Amp. Fuente: Recuperado de http://meikch.blogspot.com/2011/.

16

/

Figura 4. Módulo con IGBT. Fuente: Recuperado de http://meikch.blogspot.com/2011/.

17

1.4 Diferentes estructuras del IGBT

IGBT NPT: Abreviatura en inglés: No punch through es la estructura básica para lograr.

Utiliza chips más delgados, sin capa adicional de N +. La transconductancia será menor,

por lo que es más robusta en una situación de cortocircuito.

Figura 5. Sección de un IGBT throungh sin golpe. Fuente: Autoría propia.

El transistor IGBT PT punch through utiliza chips gruesos con una capa de tampón

N +. Al inicio una caída de voltaje menor en el estado operativo.

En la capa de amortiguación entre la zona epitaxia N y la zona de inyección P + del

colector se puede obtener un orden del campo eléctrico trapezoidal.

Encontramos transistores DS-IGBT (para Depletion Stop IGBT) o FS-IGBT (para

Field Stop IGBT), que presentan las mismas características que el PT-IGBT, con una capa

de búfer menos dopada. Esto permite utilizar las tecnologías básicas de fabricación de un

NPT-IGBT.

18

Figura 6. Sección de un IGBT punch through en tanchée. Fuente: Autoría propia.

1.5 Tecnología

Los IGBT se utilizan con técnicas equivalentes a las de los circuitos integrados (como los

MOSFET, pero a diferencia de los GTO y los tiristores de potencia). Esto se debe al

tamaño del chip está limitado a aproximadamente 1 cm 2, mientras que se sabe que fabrica

diodos monolíticos de 150 mm de diámetro (176 cm 2).

Figura 7. Módulo IGBT 3300 V 1200 A. Fuente: Recuperado de https://www.wikiwand.com/en/Insulated-

gate_bipolar_transistor

19

Los IGBT grandes son módulos de varios chips, que tiene diferentes chips en

paralelo, que están soldados en una placa de cobre o Al-SiC a través de la cual se enfrían.

La mayoría también contiene un diodo antiparalelo (o "rueda libre"), en sí mismo,

chip múltiple. Este diodo es, de hecho, es elemento principal del módulo IGBT, por su

forma en particular de recuperación deben ser compatibles con el propio IGBT, una

necesidad crucial. Esta es una de las primeras aplicaciones para semiconductores de

carburo de silicio. Hay principalmente IGBT de "canal N". La estructura adicional "canal

P" es viable, pero está limitada a pequeñas potencias, porque en cuanto a los transistores

bipolares y MOSFET, las características obtenidas son menos buenas (mayores pérdidas,

por ejemplo).

Estos componentes están disponibles dentro de los gabinetes estándar, desde la

pequeña carcasa de plástico (TO-220) para corrientes de unos pocos amperios a unas pocas

decenas de amperios y voltajes de colector-emisor de 600 a 1,500 voltios, hasta módulos

alta potencia de unos pocos cientos de amperios y algunos kilovoltios.

Figura 8. Dentro de un módulo IGBT de 600 V 400 A. Fuente: Recuperado de https://export.rsdelivers.com

20

Capítulo II

Funcionamiento del IGBT

2.1 Funcionamiento básico del IGBT

Un IGBT es principalmente un dispositivo MOSFET que controla un transistor de potencia

de unión bipolar con ambos transistores integrados en un solo componente de silicio,

también el MOSFET es el FET de puerta aislada más común, fabricado más comúnmente

por la oxidación controlada de silicio. El MOSFET universalmente funciona variando

electrónicamente el ancho del canal por el voltaje en un electrodo llamado puerta que se

encuentra entre la fuente y el drenaje, y está aislado por una capa delgada de óxido de

silicio. Un MOSFET puede funcionar de dos maneras: modo de agotamiento y modo de

mejora. Si la tensión de bloqueo VDS supera un cierto valor máximo tanto en el umbral de

trabajo positivo como negativo, el dispositivo entrará en avalancha.

A continuacion vemos la estructura del IGBT.

21

Figura 9. Funcionamiento del transistor IGBT. Fuente: Recuperado de: https://wwww.youtube.com/

/watch?v=KBkU3gQaE1g

El procedimiento cortado es análogo al MOS cortado.

Figura 10. Sección vertical de un IGBT. Fuente:

Recuperado de http://autonomojesussulcablog.blogspot.com/2016/11/transistor-igbt.html

22

Figura 11. Circuito equivalente aproximado del IGBT. Fuente: Autoría propia.

Figura 12. Comparación VDs(ON) MOS-IBGT para misma BVDss(OFF). Fuente: Autoría propia.

23

Figura 13. Transistores MOSFET y BJT. Fuente: Recuperado de

http://autonomojesussulcablog.blogspot.com/2016/11/transistor-igbt.html

Figura 14. Circuito equivalente del IGBT que contempla el tiristor parásito. Fuente: Autoría propia

2.1.1 Encendido del IGBT.

Al encendido del IGBT, la corriente de colector es controlada por el voltaje de la

compuerta emisor aplicado. Al iniciar el proceso del encendido del IGBT para la carga es

con la corriente de salida, lo, circulando a través del diodo antiparalelo del IGBT opuesto.

24

Presentamos un gráfico de ondas ideales del encendido de un IGBT, es decir sin

inductancia de lazo dc y un diodo “perfecto” que no tiene carga de recuperación reversa.

Figura 15. Encendido del IGBT. Fuente: Recuperado de

http://autonomojesussulcablog.blogspot.com/2016/11/transistor-igbt.html

2.1.2 Apagado del IGBT.

Se muestran las ondas de voltaje de compuerta, corriente y voltaje del IGBT en el

apagado.

Al principio cuando está apagado, mientas el voltaje de manejo de compuerta se

reduce, la capacitancia compuerta-emisor comienza a descargarse. El VCE e Ic

permanecen invariables durante el periodo t0 a t1. El t1, el voltaje de compuerta es solo

suficiente para soportar la corriente de colector.

25

Figura 16. Apagado del IGBT. Fuente: Recuperado de https://slideplayer.es/slide

2.1.3 Método de protección de IGBT.

En encendido de los motores de corriente alterna. Se debe al inversor parte

constitutiva de los accionamientos de velocidad variable está formados IGBT, es necesario

conocer las características de funcionamientos de estos.

Modelo de IGBT 430v 200ª número de parte RJP56f4

Figura 17. Modelo de IGBT 430v 200ª número de parte RJP56f4. Fuente: Autoría propia

Energía de disipación: De 3W y máxima disipación de 30W. Voltaje de la fuente:

26

4.75V a 5.25V. Voltaje de colector-emisor: 430V. La corriente de colector: 200A. Voltaje

de compuerta- emisor: ±33V. Temperatura de funcionamiento: -50°C a 150°C.

Figura 18. El IGBT. Fuente: Autoría propia

Ejemplo de aplicación:

Figura 19. Configuración del IGBT. Fuente: Autoría propia.

27

Figura 20. Señal de respuesta de trabajo del IGBT. Fuente: Recuperado de

https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html

Cuadro de voltaje y corriente Conductores de operación Conductores de

operación máximo

VCM 300 V 350 V

ICF 180 A 200 A

CM 1200 UF 1500 UF

VGE 28 V 26 V

El transistor IGBT tiene estructura MOS y su puerta está aislada por óxido de silicio

delgada. Asegúrese de manejarlo cuidadosamente para proteger el dispositivo de carga

electrostática. 2. El total de horas de funcionamiento aplicadas a puerta-emisor debe estar

dentro de 5.000 horas. 3. Frecuencia de conmutación mínima de 50 kHz.

2.1.4 Características eléctricas.

Transistor IGBT y la curva estática.

28

Figura 21. Curva característica estática de un transistor IGBT de canal n. Fuente: Recuperado de


2.2 Tiempos de conmutación

El transistor se encuentra corte o en saturación las pérdidas son notables. Cuando vemos

los procesos se demora de conmutación, se realiza un cambio a otro que ocasiona un pico

de potencia disipada, y el producto IC x VCE obtiene una potencia media en el transistor.

Figura 22. Tiempos de conmutación. Fuente: Recuperado de


29

Lograremos diversificar entre tiempo de encendido y tiempo de apagado.

Encontramos que los tiempos se puede dividir en otros dos.

Figura 23. Tiempo de excitación o encendido (on y tiempo de apagado (off). Fuente: Recuperado de


2.3 Características de conmutación

En el proceso de encendido será de forma similar al del MOS y en el apagado encontramos

la corriente de “cola”:

Figura 24. Características de conmutación. Fuente: Recuperado de

https://es.slideshare.net/ArmandoPato/igbt-listo

30

2.4 Otros parámetros importantes

La corriente máxima es aceptable de colector (ICM) o de drenador (IDM). Por un importe

se establece la mayor potencia del componente.

VCBO: base con el emisor está en circuito abierto y tensión entre los terminales colector.

VEBO: base con el colector en circuito abierto y tensión entre los terminales emisor.

La corriente media es el importe que se obtiene circular por un terminal. Ejemplo:

ICAV, corriente media por el colector).

Figura 25. Parámetros importantes de las señales del IGBT. Fuente: Recuperado de


2.5 El transistor de potencia

Los transistores de potencia trabajan en forma similar a los transistores estándar, habiendo

como tipos específicos en las entradas de tensiones e intensidades que aguantar, las altas

potencias a disipar.

Encontramos transistores de potencia:

El transistor bipolar.

31

El unipolar o FET.

El transistor IGBT.

Parámetros MOS Bipolar

Frecuencia de trabajo Alta (100-500 Khz) Baja (10-80 Khz)

Voltaje aplicable Alto (1000 V) Alto (1200 V)

Impedancia de entrada Alta (1010 ohmios) Media (104 ohmios)

Máxima temperatura de operación Alta (200ºC) Media (150ºC)

Ganancia en corriente Alta (107) Media (10-100)

Resistencia ON (saturación) Media / alta Baja

Resistencia OFF (corte) Alta| Alta

Coste Alto Medio

2.6 Principios básicos de funcionamiento

Las diferencias entre un transistor unipolar o FET y el transistor bipolar será la forma de

trabajar en el componente de control. Un transistor bipolar se aplica una corriente base

para revisar la corriente del colector, como el FET se controla aplicando una tensión entre

fuente y puerta. El cambio aparece determinado en la distribución interna de los

componentes, que son distintas.

2.6.1 Modos de trabajo.

Existen cuatro escenarios de polarización posibles. Dependiendo del signo de los

voltajes de polarización en las diferentes uniones del transistor logran:

32

Figura 26. Modos de trabajo. Fuente: Recuperado de https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html

2.6.2 Avalancha secundaria de curvas SOA.

Cuando la tensión base con el emisor abierto (VCBO), reconocida entre colector y o la

carga es mayor entre emisor con la base abierta colector. (VCEO), la unión colector - base

polarizada en inverso entra en un asunto de ruptura equivalente al de cualquier diodo,

llamado avalancha primaria.

.

Figura 27. Avalancha secundaria de curvas SOA. Fuente: Recuperado de

https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html.

33

El transistor logra trabajar por encima del término de la avalancha secundaria en

cortos momentos de tiempo sin que se acabe. Entonces el constructor provee unas curvas

límites en la zona activa según los tiempos límites de proceso, identificadas como curvas

FBSOA.

Figura 28. Área de funcionamiento seguro en régimen continuo y pulsante. Fuente: Recuperado de


2.6.3 Efecto producido por carga inductiva.

Son cargas inductivas que supervisan el trabajo de los transistores en situaciones de

difíciles trabajos en la parte internamente de la zona activa.

Figura 29. Transferencia transistor en conmutación con carga inductiva. Fuente: Recuperado de


34

En el gráfico superior vemos simbolizado los otros puntos elevados de trabajo del

transistor según será en corte y saturación. Si la carga es resistiva, el transistor transitará de

corte a saturación. Si la carga resistiva, el transistor tendrá un corte a saturación que inicia

en A hasta C, y de saturación a corte será de C a A. Si la carga inductiva el transistor

pasara a saturación transitando la curva ABC, el paso a corte lo realiza por el tramo CDA.

Para cuidar el transistor y evadir su disminución se manipulan en la experiencia

diferentes circuitos, que vemos a continuación:

Figura 30. Proteger al transistor. Fuente: Autoría propia

2.7 Cálculo de potencias disipadas en conmutación con carga resistiva

En la figura vemos las señales realizadas de los momentos de conmutación (ton y toff)

según el caso será la carga resistiva.

35

Figura 31. Conmutación con carga resistiva. Fuente: Recuperado de

http://dispositivosdeelectrnicadepotencia.blogspot.com/2011/12/dispositivos-de-electronica-de-potencia.html

Vemos al instante origen en el inicio del tiempo que se eleva (tr) la corriente de

colector. En estas circunstancias (0 t tr) asumiremos:

𝑖𝑐 = 1𝑐𝑚𝑎𝑥𝑥 (𝑡

𝑡𝑟)

donde IC más vale:

1𝑐𝑚𝑎𝑥 =𝑉𝑐𝑐

𝑅

Encontramos tensión en el colector – emisor como:

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅 𝑥𝑖𝐶

Veremos que:

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅 𝑥𝑉𝐶𝐶

𝑅 𝑥 (

𝑡

𝑡𝑟) 𝑥 (1 −

𝑡

𝑡𝑟)

Encontramos que el VCE en saturación es bajo en comparación con VCC.

36

Asimismo, la potencia del transistor viene expresada:

𝑝 = 𝑉𝑐𝑒𝑥 𝑖𝑐 = 𝑉𝑐𝑐𝑥 1𝑐𝑚𝑎𝑥 𝑥 (𝑡

𝑡𝑟) 𝑥 (1 −

𝑡

𝑡𝑟)

La energía, Wr, del transistor viene disipada en el tiempo de alta está dada por la

integral de la potencia según el intervalo del tiempo de baja, con el resultado:

𝑊𝑡 = (𝑉𝑐𝑐 𝑥 1𝑐𝑚𝑎𝑥

4) 𝑥 (

2 𝑥𝑡𝑟

3)

Ahora vemos, la energía Wf, en el transistor según el tiempo de caída será disipada,

que es:

𝑊𝑓 = (𝑉𝑐𝑐 𝑥 1𝑐𝑚𝑎𝑥

4) 𝑥 (

2 𝑥𝑡𝑟

3)

La potencia media dependerá de la frecuencia con que se realice la conmutación:

𝑃𝐴𝑉 = 𝑓 𝑥(𝑊𝑡 + 𝑊𝑓)

Al terminar se considera tr, es insignificante frente a tf, con lo que no realizaríamos

un error estimable según la potencia media, después de cambio, como:

𝑃𝐶(𝐴𝑉 =𝑉𝑐𝑐𝑥1𝑐𝑚𝑎𝑥

6 𝑥𝑡𝑓𝑥 𝑓

2.8 Ataque y protección del transistor de potencia

Podemos verificar principalmente, los tiempos de conmutación restringen el trabajo del

transistor, nos interesa bajar su efecto según la disposición de lo posible.

37

Figura 32. Ataque y protección del transistor de potencia. Fuente: Autoría propia.

Cuando vemos los tiempos de conmutación logran ser más pequeños mediante un

cambio en la señal de base y como vemos en la figura anterior.

En resultado, si ambicionamos que un transistor trabaje más rápidamente posible en

conmutación y con mínimas pérdidas, la mejoría sería controlar la base del dispositivo con

una señal. Vemos el siguiente circuito de la figura siguiente.

Figura 33. Un transistor que actúa en conmutación. Fuente: Autoría propia.

En este caso, la intensidad de base aplica de la siguiente forma:

38

Figura 34. Un transistor que actúa en conmutación. Fuente: Recuperado de

http://dispositivosdeelectrnicadepotencia.blogspot.com/2011/12/dispositivos-de-electronica-de-potencia.html

Cuando las resistencias R1 y R2 proceden a manera de un divisor de tensión.

La corriente con la que se carga el condensador será:

𝑡1 = 𝐶𝑥𝑅1 𝑥 𝑅2

𝑅1 + 𝑅2

Cuando el condensador ya está cargado a VC, la intensidad de base se afianza al

valor IB que será:

𝐼𝐵 =𝑉𝑒(𝑚𝑎𝑥) − 0.7

𝑅1 + 𝑅2

Vemos que intervalo en que la tensión de entrada será Ve(min), también el

condensador recargado a VC, y la VBE=0.7 v. Los valores se suman a la tensión de entrada,

lo que origina la señal negativa de intensidad IB (mín.):

1𝐵(𝑚𝑖𝑛) =𝑉𝑒(𝑚𝑖𝑛) − 𝑉𝑐 + 0.7

𝑅1 + 𝑅2

Según el intervalo el condensador se va reduciendo a través de R2 será una constante

de tiempo de valor R2C.

Lo antes visto es verdaderamente seguro, que a continuación vemos:

39

5𝑥𝑡1 ≤ 𝑡1

5𝑥𝑡2 ≤ 𝑡2

Figura 35. Un circuito más serio es el de control antisaturación. Fuente: Autoría propia.

Según esto afirmamos que el condensador está cargado y utilizamos la señal

negativa. Asimismo, lograremos últimamente una frecuencia mayor de trabajo:

𝑓𝑚𝑎𝑥 =1

𝑡1 + 𝑡2=

1

5 𝑥𝑡1 + 5 𝑥 𝑡2=

0.2

𝑡1 + 𝑡2

El tiempo de saturación (tS)estará conveniente a la intensidad de base, y una suave

saturación conseguiremos disminuir tS:

1𝑐 =𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝐶𝐸

𝑅𝑐

Al inicio tenemos que:

1𝐵 =𝑉𝐵 − 𝑉𝐷1 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅𝐵

En estos casos conduce D2, con la intensidad de colector tendrá un valor:

1𝐿 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 − 𝑉𝑑1 + 𝑉𝑑2

𝑅𝐶

40

Si asignamos una condición que la tensión del diodo D1 será de valor mayor que el

diodo D2, lograremos que IC sea mayor que IL:

La protección por red snubber, ya antes visto.

41

Capítulo III

Aplicaciones del IGBT

3.1 Aplicaciones

Las aplicaciones habituales del IGBT son inversores, rectificadores y choppers para

conmutar fuentes de alimentación y velocidad variable.

Los IGBT se utilizan como elementos de potencia en los convertidores de tracción

del TGV, en las versiones más modernas equipadas con motores asíncronos, así como en

la mayoría de los convertidores auxiliares (iluminación, ventilación, etc.). La tendencia es

hacia la generalización de los IGBT en este mercado.

La tecnología IGBT se utiliza en transmisores HF desarrollados por Thales

Broadcast & Multimedia (serie TSW2500) con tetrodo de terminal HF. Los módulos IGBT

constituyen la etapa de modulación de AM, cuyo propósito es superponer la señal de audio

en el voltaje de alimentación del tetrodo de potencia final HF. En 2006, doce transmisores

de este tipo están en servicio en el sitio Issoudun TDF que proporciona transmisión de RFI

(potencia unitaria de 500 kW asociada con una antena ALLISS).

También se utilizan en inversores para unidades de control de motores eléctricos,

propulsores de los barcos más recientes, como el Queen Mary 2.

El uso de IGBT está comenzando a desarrollarse en el sector automotriz para

vehículos eléctricos y en particular para los llamados automóviles híbridos como el Toyota

42

Prius, cuya parte eléctrica del tren de transmisión comprende dos motores eléctricos sin

escobillas controlados por un inversor de 50 kW en IGBT.

Los balastos electrónicos de alta potencia (hasta 18 kW) para lámparas de descarga

halógena como las lámparas HMI (Hydragyrum Metal Iodyne) utilizadas en proyectores de

rendimiento profesional incorporan IGBT en sus etapas de potencia. Dado que el

funcionamiento del conjunto debe ser inaudible, el requisito de espacio se reduce y la

compatibilidad electromagnética máxima, esta aplicación particular requiere el

funcionamiento a frecuencias de conmutación superiores a 20 kHz y el uso imperativo de

circuitos de conmutación sin conmutación. disipativo.

Estos transistores se utilizan en el calentamiento por inducción. El IGBT se usa casi

exclusivamente en la conmutación, es decir, cuando solo son deseables los estados

saturados y bloqueados. Sin embargo, como cualquier transistor, tiene una zona operativa

"lineal" o activa, que puede usarse para aplicaciones particulares (amplificadores, etc.).

3.2 Estudio eléctrico y térmico en transistores IGBT

Cuando se trabaja en forma paralela con control de repartición de corriente según la tesis

los interruptores en paralelo forma de estudios de la inestabilidad de con variación de la

corriente que se muestra en circuitos en paralelo.

3.3 Control de reparto de corriente

Se mostraron habilidades de revisión de distribución de corriente en los interruptores

conectados en forma paralela. Los interruptores asentados en transistores PT (Punch

Through) IGBT. El factor negativo de temperatura que muestran a los transistores en una

tecnología será menos conveniente para su utilización que soliciten la conexión de

transistores en paralelo. Según este procedimiento permite con mayor capacidad de

43

diferenciación del trabajo del transistor IGBT como sus características VCE–ICE para

distintas tensiones puerta-emisor VGE. Mayor temperatura en el transistor en donde pasa

la corriente a aumentar el desequilibrio.

Figura 36 Control de reparto de corriente. Fuente: Recuperado de https://www.inventable.eu/como-conectar-

un-mosfet-a-un-microcontrolador/.

Un transistor IGBT está establecido con un MOSFET y transistor bipolar. La

tecnología bipolar contribuye una mejor consistencia de la corriente y la tecnología MOS

facilita la inspección del transistor por tensión.

Esta mezcla de la tecnología bipolar y MOS produce una interface entre la corriente

de colector respetando su fabricación y la tensión de puerta. Las siguientes ecuaciones nos

permiten ver la transconductancia (gm) del transistor en la zona de saturación y la

corriente de colector (ICEsat).

44

Adonde, el ancho (W) y longitud (L) del canal, la característica de la puerta (Cox) y

el movimiento de los electrones (µn) en el semiconductor con procedimientos de

geometría, el componente de elaboración del MOSFET.

El ingreso de la corriente del transistor bipolar PNP en el factor 1 y aumenta la

transconductancia total del transistor IGBT.

La siguiente operación se muestra la capacidad de cambiar, los procedimientos de

dirección de la corriente del transistor transformando por el nivel de tensión de la puerta

del transistor. Principales características empleadas para corregir la inestabilidad de

corriente.

Figura 37. Modelo simplificado de un transistor IGBT. Fuente: Autoría propia.

3.4 Análisis eléctrico

El proceso eléctrico se basa en el trabajo del interruptor combinado por dos transistores

IGBT funcionando en forma paralela será un elevador. Encontramos en microcontrolador

y la disposición de corriente se logra con las resistencias Kelvin de 5 mΩ.

45

Tenemos como el objetivo de establecer si la variación de la particularidad VCE-ICE

del transistor interviene de alguna forma en el procedimiento usual del convertidor, se

examinará el trabajo del interruptor sin usar todo control para instaurar una referencia.

Figura 38. Reparto de corriente. Fuente: Autoría propia.

3.5 Para los dispositivos semiconductores de potencia

Tenemos el BJT, MOSFET, tiristor o Transistor IGBT), el área de trabajo segura (en

inglés, Safe Operating Área, SOA), Es la tensión y corriente en donde se espera que el

dispositivo trabaje sin auto-daño.

Figura 39. Ilustración de área de operación segura de un transistor de potencia. Fuente: Recuperado de

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_de_operaci%C3%B3n_segura

46

Aplicación Didáctica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN

E n r i q u e G u z m á n y V a l l e

A l m a M á t e r d e l M a g i s t e r i o N a c i o n a l


Departamento Académico de Electrónica y Telemática

I. DATOS INFORMATIVOS:

ASIGNATURA : Circuitos Electrónicos

PROFESOR : Wilmer Ledesma De la Cruz

FECHA : 07/10/2019

DURACIÓN : 45 Minutos

II. TEMA : EL IGBT

III. OBJETIVOS : APRENDIZAJE ESPERADO

Aprende los conceptos básicos del IGBT.

Analiza e interpreta la importancia del IGBT.

¿Cuál es el funcionamiento principal del IGBT dentro del circuito electrónica

IV. METODOLOGÍA

Interactivo

Demostrativo

V. MATERIALES Y EQUIPOS

Materiales didácticos

Hoja de extensión

SESIÓN DE APRENDIZAJE Nº1

47

Hoja de información

Hoja de laboratorio

Hoja de evaluación

Lista de cotejo.

Hoja de Metacognitiva

Diapositivas del modulo

Equipos

Proyector Multimedia

Computadora

VI. PROCEDIMIENTOS:

MOMENTOS TIEMPO ACTIVIDADES- ESTRATEGIAS RECURSOS

INICIO 15

minutos

El docente saluda y da la

bienvenida a los estudiantes

El docente formula interrogantes.

Creando una lluvia de ideas

Proyector.

Plumones.

Pizarra.

PROCESO 45

Se entrega a los estudiantes una

hoja de información.

Conversamos sobre el tema a

tratar.

Se muestra los proyectos a

trabajar en clase.

El profesor resuelve las

interrogantes de los alumnos.

Hoja de

Información.

Hoja de

laboratorio.

SALIDA 20

El docente realiza la

Metacognición para evaluar lo

aprendido en clase.

Evaluación.

Hoja de

Metacognición.

Lista de

Cotejo.

Materiales

impresos.

48

VII. DEMOSTRACIÓN

Aprende la importancia y la utilidad que tiene el IGBT.

Presentación de los proyectos a desarrollar en el laboratorio de Electrónica:

Temas: “Encendido electrónico con el IGBT”

Identifican los componentes electrónicos del proyecto.

Los alumnos desarrollan el módulo del proyecto demostrado en clase.

VIII. EVALUACIÓN

La evaluación es constante, se tomará en cuenta el desarrollo de la práctica y el

cuestionario.

Presentación del trabajo y una breve explicación del funcionamiento de los

componentes electrónicos.

Hoja de Extensión

CRITERIO CAPACIDAD INDICADORES

Compresión de

tecnología

Conoce la utilidad del IGBT.

Conoce el procedimiento para

aplicar un IGBT en el diseño

de un circuito electrónico,

Aprende los conceptos básicos

para utilizar el IGBT.

Aprende las aplicaciones del

IGBT en un circuito electrónico.

Aplicación de

tecnología

Desarrolla el proyecto

aplicando el componente

electrónico IGBT.

Analiza el transistor bipolar de

puerta aislada (conocido por la

sigla IGBT, del inglés Insulated

Gate Bipolar Transistor) es un

dispositivo semiconductor.

49

Actitud

ante el

área

Área

Desarrolla sus prácticas en

forma ordenada.

Respeto escucha atentamente la

clase de electrónica.

Educativa Emplea los equipos

electrónicos del laboratorio de

electrónica.

Cuidado de los alumnos en los

equipos electrónicos.

50








PROFESOR : Wilmer Ledesma De La Cruz

FECHA : 07/10/2019

II. TEMA : EL IGBT

III. OBJETIVOS :

Con esta hoja de información se propone que el estudiante pueda:

Aprende los conceptos básicos del IGBT y sus aplicaciones.

Analiza e interpreta la importancia del transistor bipolar IGBT.

Conoce las aplicaciones del IGBT en los circuitos electrónicos.

Desarrolla proyectos electrónicos usando el IGBT y sus aplicaciones.

IV. INFORMACIÓN:

El IGBT

Origen del IGBT

Akakiri y Yamagami de origen japonés, plantearon en 1968 un componente de cuatro

capas volteas semiconductoras P-N-P-N se encargan de controlar la puerta de un

semiconductor de óxido metálico, sin trabajo regenerativa. En el año 1978 crearon en

HOJA DE INFORMACIÓN

51

un controlador rectificador de silicio por Scharf y Plummer, este tipo de trabajo explicado

por los investigadores asimismo también fue descubierto por J. Jayant Baliga, en el año

1979, en un componente llamó MOSFET en el surco vertical con una zona drenaje

cambiada por zona de ánodo de tipo P. Plummer solicitó una patente para el componente

que planteó en 1978.

G: Puerta

C: Colector

E: Emisor

El IGBT.

Diferentes estructuras del IGBT

IGBT NPT: Abreviatura en inglés: No Punch through) es la estructura básica para lograr.



Sección de un IGBT throungh sin golpe.

52

El transistor IGBT PT punch through utiliza chips gruesos con una capa de tampón

N+. Al inicio una caída de voltaje menor en el estado operativo.

En la capa de amortiguación entre la zona epitaxia N y la zona de inyección P + del

colector se puede obtener un orden del campo eléctrico trapezoidal.

Encontramos transistores DS-IGBT (para Depletion Stop IGBT) o FS-IGBT (para

Field Stop IGBT), que presentan las mismas características que el PT-IGBT, con una capa

de búfer menos dopada. Esto permite utilizar las tecnologías básicas de fabricación de un

NPT-IGBT.

Sección de un IGBT punch through en tanchée.

Tecnología

Los IGBT se utilizan con técnicas equivalentes a las de los circuitos integrados (como los

MOSFET, pero a diferencia de los GTO y los tiristores de potencia). Esto se debe al

tamaño del chip está limitado a aproximadamente 1 cm 2, mientras que se sabe que fabrica

diodos monolíticos de 150 mm de diámetro (176 cm 2).

53

Module IGBT 3300 V 1200 A.

En escenarios de reposo, la corriente de Gate es casi nula como en la parte interna

del dispositivo, el terminal Gate se conecta a un capacitor. Esto hace pasar la corriente de

Gate cuando la tensión de entrada cambia de estado lógico y por este motivo el consumo

de las mofetas, todos los circuitos lógicos MOS crecen en proporción a la frecuencia de

conmutación.

Diferencias entre el IGBT y el MOSFET

Los transistores bipolares eran mejores transistores de potencia real, hasta que aparecieron

los MOSFET al inicio de los años 70. Los transistores BJT han pasado por mejoras en su

ganancia eléctrica en 1947 y todavía se usan ampliamente en circuitos electrónicos. Los

transistores bipolares poseen formas de apagado relativamente lentas y exhiben un

coeficiente de temperatura negativo que produce una ruptura secundaria. Los transistores

IGBT es básicamente un cruce entre los transistores bipolares y los MOSFET y además

está controlado por voltaje como los MOSFET.

Los transistores bipolares.

54

Características del IGBT

El transistor IGBT es apropiado para ser más veloz en conmutación de hasta 100 kHz y ha

remplazado al BJT en muchos procesos. Se emplea procesos de altas y medios energía

como origen conmutada, revisión de la tracción en motores e inducción. El transistor IGBT

es apropiado para ser más veloz en conmutación de hasta 100 kHz y ha remplazado

al BJT en muchos procesos.

Diferentes estructuras del IGBT

IGBT NPT: Abreviatura en inglés: No punch through) es la estructura básica para lograr.



Sección de un IGBT Troungh sin golpe.

55

Funcionamiento básico del IGBT

Un IGBT es principalmente un dispositivo MOSFET que controla un transistor de potencia

de unión bipolar con ambos transistores integrados en un solo componente de silicio,

también el MOSFET es el FET de puerta aislada más común, fabricado más comúnmente

por la oxidación controlada de silicio. El MOSFET universalmente funciona variando

electrónicamente el ancho del canal por el voltaje en un electrodo llamado puerta que se

encuentra entre la fuente y el drenaje, y está aislado por una capa delgada de óxido de

silicio.

Sección vertical de un IGBT.

Sección Vertical de un IGBT.

El comportamiento cortado es análogo al MOS cortado. En conducción será:

Transistores MOSFET y BJT internos a la estructura del IGBT.

56

Circuito equivalente aproximado del IGBT.

Comparación VDs(ON) MOS-IBGT para misma BVDss..

57

Circuito equivalente del IGBT que contempla el tiristor parásito.

Encendido del IGBT

Al encendido del IGBT, la corriente de colector es controlada por el voltaje de la

compuerta emisor aplicado. Al inicia el proceso de encendido del IGBT para la carga es

con la corriente de salida, circulando a través del diodo antiparalelo del IGBT opuesto.

Presentamos un gráfico de ondas ideales del encendido de un IGBT, es decir sin

inductancia de lazo dc y un diodo “perfecto” que no tiene carga de recuperación reversa.

Encendido del IGBT.

58

Apagado del IGBT

Se muestran las formas de onda de voltaje de compuerta, corriente y voltaje del IGBT en el

apagado.

Apagado del IGBT.

59








PROFESOR : Wilmer Ledesma De La Cruz

FECHA : 07/10/2019

II. TEMA : El IGBT.

“Encendido Electrónico con IGBT”

III. OBJETIVOS :

Con esta hoja de información se propone que el estudiante pueda.

Reconoce e identifica el funcionamiento del IGBT en un circuito electrónico.

Identifica como se emplea el transistor IGBT y lo aplican en el diseño de sus

proyectos electrónicos.

Conoce las caracterizas del IBGT y su aplicación utilizado en la práctica de circuitos

electrónicos.

IV. MATERIALES :

IGBT modelo G80N60

Bobina de encendido 12v.

Cable de alta tensión

Bujia de encendido

HOJA DE LABORATORIO Nº1

60

Regulador 7809

Timer 555

Resistencias 1K

Resistencias 10k

1 Condensador 4.7/50v

1 Potenciómetro 100k

6 Borneras

1 Disipadores1 Swith

1 Leds (Azul y Verde)

1 Diodo rectificador de 2 amperios

1 Perilla

1 Mica 50 alto x 50 ancho

V. Diseño del circuito electrónico.

Tema: “Encendido Electrónico con IGBT”

Este módulo de instrucción tiene la finalidad para explicar el encendido electrónico de

un automóvil que a continuación se detallara:

Utiliza una fuente de 12v, un regulador 7809 que alimentara al timer 555.

El timer se encargará de controlar a la compuerta del IGBT con una señal PWM.

El transistor IGBT se encargará de amplificar la señal y a su vez controlando a la

bobina de encendido del primario.

La bujía es el punto final de la combustión interna de un motor al encender la chispa.

61

Circuito “Encendido Electrónico con IGBT”

Circuito “Encendido Electrónico con IGBT”.

Principales componentes del circuito electrónico.

El IGBT G8ON60. BOBINA DE ENCENDIDO.

BOBINA DE ENCENDIDO

IGBT G80N60

62

Bujia.

Circuito encendido electrónico con IGBT con sus componentes.

BUJIA

Circuito principal

63

VI. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO :

En esta práctica se va estudiar el funcionamiento del IGBT en el encendido de motor

y su aplicación en el desarrollo de proyecto electrónico.

Todos los dispositivos serán montados en un protoboard unidos por cables de conexión

y alimentado por una fuente de 12v. El esquema del amplificador se puede observar

en la hoja de información.

VII. FUNDAMENTACIÓN

Es un dispositivo semiconductor de gran capacidad que generalmente es utilizado en

sistemas o aparatos que requieren circuitos de electrónica realmente potentes y con

velocidades de conmutación de hasta 20 KHz. Aunque no seamos conscientes de ello,

los IGBT nos acompañan en todo momento y han sido claves en el desarrollo de la

electrónica de potencia. Sus aplicaciones principales se centran en los sectores de:

control de motores, sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de soldadura,

iluminación de baja frecuencia y alta potencia.

VIII. CUESTIONARIO

1 ¿Cuál es el origen del IGBT y como estaban construidos?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

2 ¿Qué diferencia existe entre IGBT y MOSFET?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

64

________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

3 ¿Qué es una bobina y como trabaja en el circuito?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

______________________________________________________________..__________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

4 ¿Cómo trabaja la bujía en el circuito y cuál es su voltaje?

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

“TU MEJOR ESFUERZO VALE POR SIEMPRE, PERSEVERA Y TRIUNFARÁS”

65






EVALUACIÓN

Apellidos y nombres: ……………………………………………………………………

Especialidad: ……………..…………Promoción: ………. Fecha: ……………NOTA:

Lee a continuación cada una de las preguntas y responde en forma concisa y breve.

1. Dibujar el diagrama o símbolo de un IGBT. (4 puntos)

2. Identifica los pines del esquema de la configuración interna de un IGBT: (4 puntos)

3. ¿Qué función cumplen los siguientes componentes electrónicos? (4 puntos)

Potenciómetro : ______________________________________________________

Timer : ______________________________________________________

Diodo : ______________________________________________________

Fuente : ______________________________________________________

66

4. Identifica que dispositivo electrónico se está utilizando como entrada al circuito. (4

puntos)

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

5. Analiza y describe el proyecto desarrollado en el laboratorio y cuál sería su utilidad según

tu caso. (4 puntos)

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________

“Confía en tu instinto”

67






LISTA DE COTEJO

Docente Ledesma De La Cruz, Wilmer

Tema El IGBT

Indicador Utiliza correctamente el IGBT y sus aplicaciones

Curso Circuitos electrónicos. Prom. 2019 E2 Fecha 07/10 /2019

Nº

de

ord

en

Apellidos y Nombres

Iden

tifi

ca c

orr

ecta

men

te e

l

ampli

fica

do

r (0

-4)

Iden

tifi

ca d

ond

e v

a

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ecta

do

el

amp

lifi

cado

r

(0-4

)

Des

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tori

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0-4

)

Cre

a un

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san

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el

ampli

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do

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-4)

Cono

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as a

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el

ampli

fica

do

r op

erac

ion

al

(0-4

)

Pu

nta

je T

ota

l

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

68

Ficha de metacognición

_________________________________________

_________________________________________

______________________

______________________

______________________

¿Cómo

puedo utilizar

lo

aprendido? ¿Qué he aprendido?

¿Qué ha resultado fácil,

difícil y novedoso?

¿Cómo lo

he aprendido?

¿Cómo puedo utilizar lo

aprendido?

¿Para qué me ha servido?

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

_________________________________________

69

Diapositivas del módulo del IGBT

71

Conclusiones

Según estudios realizados muestran el procedimiento de un interruptor fabricado con dos

transistores acoplados en forma paralela. Conociendo la importancia que tiene el

convertidor la aplicación de un control de reparto equitativo de la corriente. Las

consecuencias obtenidas muestran un ligero acrecentamiento de las pérdidas del interruptor.

Conocemos que el control proviene sobre la tensión del transistor (VGE) y fundamento que

la tensión VCEsat depende de dicha tensión, entiende lógico que se provoque una

ampliación de las pérdidas del interruptor. Hallamos una rebaja de la tensión VGE

produciendo un aumento de la tensión VCEsat aumentando las pérdidas de conducción

(Pct) en el conjunto de transistores, sin apropiación, los resultados logrados no permiten

identificar este efecto como el causante de dichas pérdidas.

Los transistores IGBT se ocupan de conmutar la energía eléctrica en automóviles

eléctricos, refrigeradores de velocidad variable, aires acondicionados, trenes y varios

dispositivos modernos; en particular, en aquellas aplicaciones que exigen una conmutación

rápida.

La validez energética del interruptor se ve equivalentemente afectada si el nivel de

tensión de aceleración de los transistores es menor, aun siendo igual en los dos transistores.

Mayor es la tensión de control, mejorar la utilidad del interruptor.

En una disposición normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión

base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor

pueden cruzar la barrera de potencial emisor-base y alcanzar a la base.

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_uni%C3%B3n_bipolar#cite_note-1

72

Recomendaciones

Cuando los diseñadores requieren de una alta eficiencia y de transistores de

conmutación rápida, el semiconductor de potencia de tres terminales del transistor

bipolar de puerta aislada (IGBT) resulta adecuado. Estos dispositivos de estado sólido

habilitan o detienen el flujo de alimentación en los estados "activo" e "inactivo"

mediante la aplicación de tensión a un componente del semiconductor y la

modificación de sus propiedades, ya sea para bloquear o crear una ruta eléctrica.

Suelen utilizarse en aplicaciones de alta frecuencia de potencia media a elevada.

Cuando vamos a comprar un transistor IGBT, tómese su tiempo para pensar los

subsiguientes puntos a tener en cuenta primero el fabricante de renombre para Transistores

IGBT, las buenas marcas asimismo suelen ser buenos productos, informe de ensayo están

comentarios serios sobre transistores IGBT, las buenas críticas no sólo elogian un producto,

sino que asimismo cuentan posibles fallas y ver el resultado de la experiencia viene de los

probadores de Alemania a transistores IGBT, Aquí puede estar seguro de que ha elaborado

las ensayos de forma independiente.

Para lograr el mejor producto para usted, debe manejar la lista de comprobación para

contrastar y evaluar los productos transistores IGBT.

73

Referencias

Muhammad, R. (2004). Electrónica de Potencia, Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones.

México: Pretince Hall.

Lutz, J, Schlangenotto, H, Schlangenotto, Uy De Doncker, R. (2018). Semiconductor

Power Devices. Physics, Characteristics, Reliability, Segunda Edición. Germany:

Springer.

Mohan, N., Robbins, William. y Undeland, T. (1995). Power Electronics Converters,

Applications and Design, Segunda Edición. New York.: JOHN WILEY & SONS INC

Khanna, K. (2003). IGBT The Insulated gate bipolar transistor (IGBT). Piscataway: Nueva

Jersey: IEEE Press; Hoboken, NJ: Wiley-Interscience,

Mohan, N. (2009). Electrónica de Potencia. Convertidores, aplicaciones y diseño.

México: Mc Graw Hill; 2009.

74

Apéndices

Apéndice A: Glosario de términos

Bujía : La bujía es el dispositivo que provoca el encendido de la mezcla de

combustible y oxígeno en los cilindros, mediante una chispa, en un

motor de combustión interna de encendido.

C.A. : Corriente Alterna.

C.C. : Corriente continua.

Condensador : Es un condensador eléctrico es conocido comúnmente con el

anglicismo capacitor. Es un dispositivo que se usa en electrónica y

electricidad siendo capaz de acumular energía que soporta el campo

eléctrico.

Frecuencia : La frecuencia es una magnitud que calcula la cantidad de veces que

se repite por unidad de tiempo de un fenómeno o un evento

periódico.

IGBT : Es un transistor bipolar de puerta aislada (conocido por la

sigla IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor).

Microcontrolador : Es un circuito integrado que incluye las memorias (RAM y ROM),

una unidad central de procesamiento (CPU), conectores de entrada y

salida y periféricos.

Offset : Es un dispositivo electrónico que genera ondas sinusoidales

cuadradas y triangulares que se pueden aplicar a un circuito en el que

desea analizar los efectos que causan.

75

Onda : Es la longitud o la distancia real recorrida por una perturbación

durante un intervalo de tiempo dado

Pines : En electrónica, se conoce como un pin, una palabra inglesa cuyo

significado es "enchufe", al terminal o pin de cada uno de los toques

metálicos de un conector o componente de material eléctricamente

conductor.

Polaridad : En ingeniería eléctrica, la polaridad se conoce como la calidad que

permite distinguir los terminales de una batería, generadora u otras

máquinas eléctricas de CC.

Polarización : La polarización es el proceso y la consecuencia de polarizar. Este

verbo puede hacer alusión al cambio de luminosidad por reflexión o

refracción; la contribución de un voltaje particular a un dispositivo

electrónico; para disminuir la corriente eléctrica de una batería

debido a un aumento en la resistencia; o en el sentido más amplio, la

aparición de dos sentidos o direcciones opuestos.

Realimentación : La realimentación electrónica consiste en tomar la información

disponible en una parte del circuito e introducirla en otra parte del

circuito con el fin de influir sobre el comportamiento de la salida.

Saturación : En electrónica, también puede referirse a lo siguiente: saturación, el

estado de un circuito amplificador que proporciona una presión de

salida cercana a la utilizada para controlarlo. La señal de repleción en

un radar que tiene una amplitud más alta que el rango de medición

del modelo receptor.

76

Sinusoidal : La corriente sinusoidal o sinusoidal es la más importante de las

corrientes alternas habituales, porque puede ocurrir como las únicas

resistencias, bonos y condensadores sin deformación.

Tensión : La tensión, voltaje o potencial es la presión que una fuente de fuerza

eléctrica o electromotriz. .

Voltaje : El voltaje es la cantidad física que conduce los electrones a lo largo

de un conductor en un circuito. Es decir, conduce energía eléctrica

con más o menos energía. Voltaje y Voltios son un homenaje a

Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la batería Voltaic y la

primera batería química.

77

Apéndice B: Diapositivas de sustentación

el igbt ledesma de la cruz, wilmer - une

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