Transistor bipolar de puerta aislada

Publicado en: Notas | 25 octubre, 2017

El uso de los transistores de potencia tiene como características especiales las altas tensiones e intensidades que tienen que soportar y, por ende, las altas potencias a disparar.

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Los transistores IGBT (Transistor Bipolar de Puerta Aislada), han permitido desarrollos que no habían sido posibles antes para equipos que trabajan a altas potencias, por ejemplo en máquinas de soldar o variadores de frecuencia, sistemas de alimentación ininterrumpida, convertidores de potencia y domótica; entre otras importantes aplicaciones comerciales e industriales. La característica estática de operación de un transistor IGBT, fue propuesto por primera vez por Yamagami en su patente japonesa S47-21739, que fue presentada en 1968; sin embargo, este modo de operación se presentó por primera vez, aunque de forma experimental, en el dispositivo de cuatro capas laterales por BW Scharf y JD Plummer en 1978.

Los módulos IGBT grandes consisten típicamente en muchos dispositivos en paralelo que pueden manejar altas corrientes, del orden de cientos de amperios y con voltajes de bloqueo de 6,000 voltios; muy adecuado para velocidades de conmutación de hasta 100 kHz, por lo que ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Por sus características, es ideal para aplicaciones de alta y media energía; como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. Un IGBT presenta una caída de tensión directa, significativamente menor en comparación con un MOSFET convencional, en dispositivos con mayor nivel de tensión de bloqueo; aunque los MOSFETS exhiben una tensión directa, mucho menor a densidades de corriente más bajas, debido a la ausencia de un diodo Vf en la salida BGB del IGBT. Un MOSFET es un dispositivo semiconductor utilizado para la conmutación y amplificación de señales, el nombre completo es Transistor de Efecto de Campo de Metal-Óxido-Semiconductor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) y se debe a la constitución del propio transistor.

TRANSISTORES DE POTENCIA

Existen básicamente tres tipos de transistores de potencia: bipolar, unipolar o FET (Transistor de Efecto de Campo) y el IGBT. El IGBT ofrece a los usuarios las ventajas de entrada del MOSFET, más la capacidad de carga en corriente de los transistores bipolares: trabaja con tensión, con tiempos de conmutación bajos (alta frecuencia de funcionamiento) y un margen de potencia en conducción, mucho mayor (como los bipolares). El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.

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IGBT EN LAS MÁQUINAS DE SOLDAR

Normalmente el generador de energía para soldadura de arco es simple y basado en trasformadores, mientras que las máquinas de soldadura IGBT, o inversores, son bastante más complicadas en su interior. Estas pueden manejar altas cargas para soldadura de arco. La forma en que funcionan estas máquinas de soldar, es convirtiendo el suministro eléctrico en alta tensión, para luego almacenarla en un banco de condensadores. Esto se conmuta en un segundo transformador, por un controlador de microprocesador, tal y como se requiere para generar la corriente de soldadura necesaria. Estas máquinas de soldadura basadas en inversores de alta frecuencia, son más eficientes y se tiene más control que con las máquinas de soldar tradicionales.

La estructura consiste en un transistor bipolar, una compuerta y un transistor de potencia. Todos estos controlan la energía en la máquina. Desde el advenimiento de los semiconductores de alta potencia, como el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), ahora es posible construir una fuente de alimentación conmutada capaz de hacer frente a las altas cargas de soldadura de arco.

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