SEMICONDUCTORES
Páginas: 6 (1375 palabras)
Publicado: 7 de marzo de 2015
Lección 5
OTROS SEMICONDUCTORES
DE POTENCIA
Sistemas Electrónicos de Alimentación
5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación
El transistor Bipolar de Puerta Aislada
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
Este dispositivo aparece en los años 80
Mezcla características de un transistor bipolar y de un MOSFET
La característica de salida es la de un bipolar pero se controla por
tensión y no porcorriente
EL IGBT DE POTENCIA
C
MOSFET
Bipolar
G
E
Alta capacidad de manejar corriente (como un bipolar)
Facilidad de manejo (MOSFET)
Menor capacidad de conmutación (Bipolar)
No tiene diodo parásito
Estructura del IGBT
Es similar a la de un MOSFET
Sólo se diferencia en que se añade un sustrato P bajo el sustrato N
EL IGBT DE POTENCIA
Es el dispositivo más adecuado para tensiones > 1000 VEl MOSFET es el mejor por debajo de 250 V
En los valores intermedios depende de la aplicación, de la frec.,etc.
El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones:
• Bajo ciclo de trabajo
• Baja frecuencia (< 20 kHz)
• Aplicaciones de alta tensión (>1000 V)
• Alta potencia (>5 kW)
EL IGBT DE POTENCIA
Aplicaciones típicas del IGBT
• Control de motores
• Sistemas de alimentaciónininterrumpida
• Sistemas de soldadura
• Iluminación de baja frecuencia (<100 kHz)
y alta potencia
Gran capacidad de manejo de corriente
Comparación IGBT-MOSFET con el mismo área de semiconductor
El IGBT tiene menor caída de tensión
Menores pérdidas en conducción
EL IGBT DE POTENCIA
Problema:
Coeficiente de temperatura negativo
A mayor temperatura, menor
caída de tensión
Conduce más corriente
Se calientamás
Esto es un problema para paralelizar IGBTs
Encapsulados de IGBT
Módulos de potencia
TO 220
EL IGBT DE POTENCIA
TO 247
MTP
Parámetros fundamentales para seleccionar un MOSFET
• Tensión de ruptura
• Corriente máxima
EL IGBT DE POTENCIA
• Tensión colector-emisor
en saturación
Tensiones de ruptura de dispositivos comerciales
Media tensión
Alta tensión
250 V
600 V
300 V
900 V(Poco usuales)
1200 V
EL IGBT DE POTENCIA
Características básicas
C
En ocasiones, el encapsulado incorpora
internamente un diodo
G
E
Características eléctricas
Tensión de saturación colector-emisor (como en bipolares)
Tensión umbral de puerta (como en MOSFETS)
EL IGBT DE POTENCIA
Características térmicas
Características dinámicas
Circuito equivalente del IGBT
La base del bipolar no delaccesible
EL IGBT DE POTENCIA
La circuitería exterior no puede solucionar el
problema de la eliminación de los minoritarios
de la base
Esto da lugar a la llamada
“cola de corriente”
(current tail)
Problema: aumento de
pérdidas de conmutación
Cola de corriente
Características dinámicas
Al contrario que en el MOSFET, los tiempos de conmutación del IGBT
no dan información sobre las pérdidas deconmutación
Causa:
No tienen en cuenta el efecto de cola de corriente
Este efecto es muy significativo en el conjunto de pérdidas
Además, el tiempo de caída de la tensión VCE no queda definido
Este tiempo es muy importante para definir las pérdidas
EL IGBT DE POTENCIA
Se hace mediante gráficos que proporciona el fabricante
Tipos de Tiristores
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
A estedispositivo se le suele llamar Tiristor
DIAC
TRIAC
TIRISTORES
GTO
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Es uno de los semiconductores más antiguos
1957 General Electric Research Laboratories
Tiene una enorme capacidad de manejar potencia
Son muy robustos
TIRISTORES
Seguirá teniendo aplicaciones debido a que es de los
semiconductores con mayor capacidad de manejar potencia
Estructura de 4 capas SCR
IA Ánodo
A
Característica V-I
VAK
Puerta
Cátodo K
IA
Polarización directa: una vez
disparado, conduce como un diodo
Polarización directa: si no se
ha disparado, no conduce
TIRISTORES
VAK
Zona de transición
Con polarización inversa se comporta como un diodo: no conduce
El SCR se apaga de forma natural cuando la corriente pasa por cero
Encapsulados de SCR
ADD A PACK
MAGN A PACK...
OTROS SEMICONDUCTORES
DE POTENCIA
Sistemas Electrónicos de Alimentación
5º Curso. Ingeniería de Telecomunicación
El transistor Bipolar de Puerta Aislada
Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
Este dispositivo aparece en los años 80
Mezcla características de un transistor bipolar y de un MOSFET
La característica de salida es la de un bipolar pero se controla por
tensión y no porcorriente
EL IGBT DE POTENCIA
C
MOSFET
Bipolar
G
E
Alta capacidad de manejar corriente (como un bipolar)
Facilidad de manejo (MOSFET)
Menor capacidad de conmutación (Bipolar)
No tiene diodo parásito
Estructura del IGBT
Es similar a la de un MOSFET
Sólo se diferencia en que se añade un sustrato P bajo el sustrato N
EL IGBT DE POTENCIA
Es el dispositivo más adecuado para tensiones > 1000 VEl MOSFET es el mejor por debajo de 250 V
En los valores intermedios depende de la aplicación, de la frec.,etc.
El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones:
• Bajo ciclo de trabajo
• Baja frecuencia (< 20 kHz)
• Aplicaciones de alta tensión (>1000 V)
• Alta potencia (>5 kW)
EL IGBT DE POTENCIA
Aplicaciones típicas del IGBT
• Control de motores
• Sistemas de alimentaciónininterrumpida
• Sistemas de soldadura
• Iluminación de baja frecuencia (<100 kHz)
y alta potencia
Gran capacidad de manejo de corriente
Comparación IGBT-MOSFET con el mismo área de semiconductor
El IGBT tiene menor caída de tensión
Menores pérdidas en conducción
EL IGBT DE POTENCIA
Problema:
Coeficiente de temperatura negativo
A mayor temperatura, menor
caída de tensión
Conduce más corriente
Se calientamás
Esto es un problema para paralelizar IGBTs
Encapsulados de IGBT
Módulos de potencia
TO 220
EL IGBT DE POTENCIA
TO 247
MTP
Parámetros fundamentales para seleccionar un MOSFET
• Tensión de ruptura
• Corriente máxima
EL IGBT DE POTENCIA
• Tensión colector-emisor
en saturación
Tensiones de ruptura de dispositivos comerciales
Media tensión
Alta tensión
250 V
600 V
300 V
900 V(Poco usuales)
1200 V
EL IGBT DE POTENCIA
Características básicas
C
En ocasiones, el encapsulado incorpora
internamente un diodo
G
E
Características eléctricas
Tensión de saturación colector-emisor (como en bipolares)
Tensión umbral de puerta (como en MOSFETS)
EL IGBT DE POTENCIA
Características térmicas
Características dinámicas
Circuito equivalente del IGBT
La base del bipolar no delaccesible
EL IGBT DE POTENCIA
La circuitería exterior no puede solucionar el
problema de la eliminación de los minoritarios
de la base
Esto da lugar a la llamada
“cola de corriente”
(current tail)
Problema: aumento de
pérdidas de conmutación
Cola de corriente
Características dinámicas
Al contrario que en el MOSFET, los tiempos de conmutación del IGBT
no dan información sobre las pérdidas deconmutación
Causa:
No tienen en cuenta el efecto de cola de corriente
Este efecto es muy significativo en el conjunto de pérdidas
Además, el tiempo de caída de la tensión VCE no queda definido
Este tiempo es muy importante para definir las pérdidas
EL IGBT DE POTENCIA
Se hace mediante gráficos que proporciona el fabricante
Tipos de Tiristores
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
A estedispositivo se le suele llamar Tiristor
DIAC
TRIAC
TIRISTORES
GTO
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Es uno de los semiconductores más antiguos
1957 General Electric Research Laboratories
Tiene una enorme capacidad de manejar potencia
Son muy robustos
TIRISTORES
Seguirá teniendo aplicaciones debido a que es de los
semiconductores con mayor capacidad de manejar potencia
Estructura de 4 capas SCR
IA Ánodo
A
Característica V-I
VAK
Puerta
Cátodo K
IA
Polarización directa: una vez
disparado, conduce como un diodo
Polarización directa: si no se
ha disparado, no conduce
TIRISTORES
VAK
Zona de transición
Con polarización inversa se comporta como un diodo: no conduce
El SCR se apaga de forma natural cuando la corriente pasa por cero
Encapsulados de SCR
ADD A PACK
MAGN A PACK...
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