Aula 15.3 - Transistor Bipolar de Porta Isolada

O IGBT (Insulated Porta Bipolar Transistor) alia a facilidade de acionamento dos MOSFET com as pequenas perdas em condução dos TBP. Sua velocidade de comutação é semelhante à dos transistores bipolares. Este componente aproveita as melhores características do IGFETs e do BJTs, em um dispositivo chamado Insulated-Gate Bipolar Transistor ( IGBT ),  que é equivalente a um par de Darlington IGFET e BJT. O IGFET controla a corrente de base de um BJT, que lida com a corrente de carga principal entre coletor e emissor. Desta forma, não é muito elevado ganho de corrente (uma vez que a porta isolados do IGFET extrai praticamente nenhuma corrente a partir do circuito de controlo), mas a queda de tensão coletor-emissor, durante a condução plena é tão baixo como o de um BJT comum.

Uma desvantagem do IGBT em relação ao BJT padrão é o tempo mais lento para o desligamento. Para comutação rápida e capacidade de manipulação de alta corrente, é difícil bater o transistor de junção bipolar. Melhoria no tempo de desligamento (turn-off) no IGBT pode ser conseguido por certas alterações no desenho, mas só à custa de uma maior queda de tensão entre coletor e emissor. No entanto, o IGBT fornece uma boa alternativa para IGFETs e BJTs para aplicações de alta corrente.

A estrutura do IGBT é similar à do MOSFET, mas com a inclusão de uma camada P+ que forma o coletor do IGBT. Em termos simplificados pode-se analisar o IGBT como um MOSFET no qual a região N- tem sua condutividade modulada pela injeção de portadores minoritários (lacunas), a partir da região P+, uma vez que J1 está diretamente polarizada. Esta maior condutividade produz uma menor queda de tensão em comparação a um MOSFET similar.

O controle de componente é análogo ao do MOSFET, ou seja, pela aplicação de uma polarização entre porta e emissor. Também para o IGBT o acionamento é feito por tensão. A máxima tensão suportável é determinada pela junção J2 (polarização direta) e por J1 (polarização inversa). Como J1 divide 2 regiões muito dopadas, conclui-se que um IGBT não suporta tensões elevadas quando polarizado inversamente.

Para escolha do IGBT devemos verificar os limites de tensão e de corrente. Os IGBT atingem potências mais elevadas, indo até 1200V/500A. Como o acionamento do IGBT é muito mais fácil do que o do TBP, seu uso tem sido crescente, em detrimento dos TBP. Outro importante critério para a seleção refere-se às perdas de potência no componente. Assim, aplicações em alta frequência (acima de 50kHz) devem ser utilizados MOSFETs. Em frequências mais baixas, qualquer 1 dos 3 componentes podem responder satisfatoriamente. No entanto, as perdas em condução dos TBPs e dos IGBTs são sensivelmente menores que as dos MOSFET.
© Direitos de autor. 2018: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 10/11/2014