IGBTs

Por causa de suas portas isoladas, IGFETs de todos os tipos têm ganho de corrente extremamente alto:não pode haver corrente de porta sustentada se não houver circuito de porta contínua no qual a corrente possa fluir continuamente. A única corrente que vemos através do terminal de porta de um IGFET, então, é qualquer transiente (breve surto) que possa ser necessário para carregar a capacitância do canal de porta e deslocar a região de depleção conforme o transistor muda de um estado "ligado" para um " off ”, ou vice-versa.

Este ganho de alta corrente pareceria inicialmente colocar a tecnologia IGFET em uma vantagem decisiva sobre os transistores bipolares para o controle de correntes muito grandes. Se um transistor de junção bipolar é usado para controlar uma grande corrente de coletor, deve haver uma corrente de base substancial fornecida ou afundada por algum circuito de controle, de acordo com a razão β. Para dar um exemplo, para que um BJT de potência com β de 20 conduza uma corrente de coletor de 100 Amps, deve haver pelo menos 5 Amps de corrente de base, uma quantidade substancial de corrente em si mesma para circuitos de controle discretos ou integrados em miniatura lidar:

Transistor com circuito de controle

Seria bom do ponto de vista do circuito de controle ter transistores de potência com alto ganho de corrente, de forma que muito menos corrente seja necessária para o controle da corrente de carga. Claro, podemos usar transistores de par Darlington para aumentar o ganho de corrente, mas este tipo de arranjo ainda requer muito mais controle de corrente do que um IGFET de potência equivalente:




Infelizmente, porém, os IGFETs têm problemas próprios de controle de alta corrente:eles normalmente exibem maior queda de tensão entre o dreno e a fonte enquanto saturados do que a queda de tensão entre o coletor e o emissor de um BJT saturado. Essa maior queda de tensão equivale a uma maior dissipação de energia para a mesma quantidade de corrente de carga, limitando a utilidade dos IGFETs como dispositivos de alta potência. Embora alguns projetos especializados, como o chamado transistor VMOS, tenham sido projetados para minimizar essa desvantagem inerente, o transistor de junção bipolar ainda é superior em sua capacidade de comutar altas correntes.

Uma solução interessante para esse dilema aproveita os melhores recursos dos IGFETs com os melhores recursos dos BJTs, em um dispositivo chamado de transistor bipolar de porta isolada, ou IGBT. Também conhecido como um MOSFET de modo bipolar, um Transistor de Efeito de Campo Modulado por Condutividade (COMFET) ou simplesmente como um Transistor de Porta Isolada (IGT), é equivalente a um par Darlington de IGFET e BJT:

Símbolo Esquemático e Circuito Equivalente

Em essência, o IGFET controla a corrente de base de um BJT, que lida com a corrente de carga principal entre o coletor e o emissor. Dessa forma, há um ganho de corrente extremamente alto (uma vez que a porta isolada do IGFET praticamente não retira corrente do circuito de controle), mas a queda de tensão do coletor para o emissor durante a condução total é tão baixa quanto a de um BJT comum.

Desvantagem do IGBT

Uma desvantagem do IGBT em relação a um BJT padrão é seu tempo de desligamento mais lento. Para comutação rápida e alta capacidade de manipulação de corrente, é difícil vencer o transistor de junção bipolar. Tempos de desligamento mais rápidos para o IGBT podem ser alcançados por certas mudanças no design, mas apenas às custas de uma queda de tensão saturada mais alta entre o coletor e o emissor. No entanto, o IGBT fornece uma boa alternativa aos IGFETs e BJTs para aplicações de controle de alta potência.

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