Transistores IGBT

Un transistor bipolar de puerta aislada (insulated-gate bipolar transistor IGBT) es un dispositivo semiconductor con tres terminales de conexión, muy útil por su alta eficiencia, potencia y rapidez de conexión y desconexión.

Las fuentes de alimentació conmutadas se utilizan en muchos aparatos innovadores, como coches eléctricos, refrigeradores de velocidad variable, aparatos de aire acondicionado, equipos estéreo con amplificadores digitales, etc. Como que están diseñados para encender y apagar rápidamente, los transistores IGBT se usan en amplificadores que trabajan con formas de onda complejas, en modulación por ancho de pulso (PWM) y en filtros de paso bajo.

El IGBT combina las características de las señales de puerta (Velocidad de conexión y desconexión) de un transistor MOSFET (transistor de efecto de campo MOS) con la capacidad de poder controlar corrientes de gran intensidad y bajo voltaje de saturación de los transistores bipolares. Para ello se une en un mismo componente una puerta aislada FET, para la entrada de control, y un transistor bipolar de potencia, utilizado como conmutador. Los transistores IGBT se utilizan en aplicaciones de media y alta potencia, en fuentes de alimentación conmutada, control de motores de tracción y de dispositivos de calefacción por inducción. En aplicaciones industriales se utilizan módulos IGBT, que incorporan muchos transistores montados en paralelo, con lo que se consiguen manejar corrientes de cientos de amperios, con voltajes de bloqueo de hasta 6.000 voltios.

Estos dispositivos semiconductores de potencia se utilizan en convertidores CC/CA, en maquinaria, robots industriales, compresores de equipos de aire acondicionado, equipos de fabricación de semiconductores, unidades de control de motores en automóviles y vehículos eléctricos híbridos, equipos de soldadura, UPS (Fuentes de alimentación ininterrumpida) y equipo médico. Desde su introducción en 1988 hasta el presente, los transistores IGBT han ido evolucionando y ganando terreno a otras tecnologías, hasta convertirse en el tipo de transistores más utilizado en los módulos de potencia, gracias a su excelente rendimiento y posibilidades de control.

Pongamos como ejemplo el de la empresa japonesa Fuji Electric, que desde el principio comenzó a suministrar una serie de módulos IGBT estándar. Con el tiempo sacó al mercado la 2ª generación de módulos, añadiendo a los nuevos modelos un IPM (Intelligent power module) y un PIM (Power integrated module). Con la 3ª generación se aumentó considerablemente el número de de modelos, y en la 4ª se agregó una serie de modelos de pequeño tamaño (EconoPack) y bajo coste (Comercializados por la empresa Eupec GmbH. Warstein).

Dimensiones del módulo IGBT 6MBI450U4-170 de Fuji Electric.

Con la 5ª generación (La serie U fue introducida en 2002), Fuji Electric añadió una serie de módulos de 1.700 V, ampliando la intensidad máxima a 3.600 A, y empezó a ofrecer módulos IGBT específicamente diseñados para vehículos híbridos y módulos IGBT con capacidad de bloqueo invertido para su uso en convertidores AC/AC del tipo de matriz invertida (Sparse matrix converter).

Con la 6ª generación de dispositivos, se mejoró mucho el rendimiento del IGBT. En 2010 se lanzará la 7ª generación con una nueva estructura interna.

En este proceso de ampliar la tensión de trabajo de los módulos IGBT de alta potencia y de reducir el tamaño y el precio de los de menor potencia, se abren nuevos campos de aplicación para estos componentes.

Como ejemplo de componentes IGBT podemos citar el módulo 6MBI450U4-170 de Fuji Electric. Se trata de un mósulo IGBT que soporta 1.700 voltios y una intensidad contínua de 600 amperios a 25 ºC y de 450 amperios a 80 ºC. Soporta picos de corriente de 1.200 amperios durante un milisegundo. Sus dimensiones son muy reducidas, 150x 162 x 20 milímetros. En iiiCStore se vende a un precio de 470,59 $.