Transistores Bipolares de Gate Isolado (IGBTs): Unindo Precisão FET com Potência BJT

Transistores de efeito de campo de gate isolado (IGFETs) alcançam ganho de corrente virtualmente infinito porque seu gate é isolado do canal. Nenhuma corrente contínua de gate é drenada; apenas um breve transiente é necessário para carregar capacitância gate-canal e deslocar região de depleção conforme dispositivo comuta entre estados ligado e desligado.

À primeira vista, este alto ganho parece dar IGFETs vantagem clara sobre transistores bipolares de junção (BJTs) ao controlar correntes muito grandes. Com BJT, corrente coletor é atada à corrente base pelo fator β (ganho corrente) do transistor. Por exemplo, BJT potência com β 20 deve fornecer pelo menos 5 A corrente base para conduzir 100 A corrente coletor — corrente controle substancial mesmo para circuitos discretos ou integrados miniatura.

Transistor com Circuitaria Controle

Usar par Darlington pode aumentar ganho, mas corrente base requerida permanece maior que necessária para IGFET equivalente. Complexidade adicionada e consumo corrente tornam esta solução menos atraente para aplicações alta potência.

Exemplo Par Darlington

IGFETs também sofrem maior queda tensão dreno-fonte quando totalmente saturados comparado à queda coletor-emissor de BJT. Queda extra tensão traduz-se em maior dissipação potência para mesma corrente carga, limitando praticidade IGFETs como dispositivos alta potência. Embora estruturas especializadas como transistores VMOS tenham sido projetadas para reduzir esta desvantagem, BJTs ainda lideram comutando correntes muito altas.

Entra o Transistor Bipolar de Gate Isolado (IGBT). Também conhecido como MOSFET modo bipolar, transistor campo-efeito condutividade modulada (COMFET), ou simplesmente transistor gate isolado (IGT), um IGBT essencialmente combina alto ganho, lógica controlada por gate de IGFET com queda baixa tensão e capacidade alta corrente de BJT.

Símbolo Esquemático e Circuito Equivalente

Nesta arquitetura, IGFET aciona base de BJT. Gate desenha virtualmente nenhuma corrente da circuitaria controle, enquanto BJT entrega corrente carga principal entre coletor e emissor. Resultado é ganho corrente total extremamente alto acoplado com queda tensão coletor-emissor que corresponde a BJT convencional.

No entanto, IGBTs não estão livres de trade-offs. Seu tempo desligamento é tipicamente mais lento que BJT padrão, crítico em aplicações comutação rápida. Alcançar desligamento mais rápido frequentemente vem à custa queda tensão saturada maior entre coletor e emissor. Ainda assim, para muitas tarefas controle alta potência, mistura IGBT de baixa queda tensão e alto ganho corrente oferece alternativa atraente a tanto IGFETs quanto BJTs.

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