el igbt ledesma de la cruz, wilmer - une
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U N I V E R S I D A D N A C I O N A L D E E D U C A C I Ó N
Enrique Guzmán y Valle
Alma Máter del Magisterio Nacional
FACULTAD DE TECNOLOGÍA
Escuela Profesional de Electrónica y Telecomunicaciones
MONOGRAFÍA
El IGBT
Examen de Suficiencia Profesional Res. Nº 0801-2019-D-FATEC
Presentada por:
Ledesma De La Cruz, Wilmer
Para optar al Título Profesional de Licenciado en Educación
Especialidad: Electrónica e Informática
Lima, Perú
2019
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3
Dedicatoria:
A Dios porque él es el dador de la sabiduría, en
segundo lugar, dedico a mi mamá porque me
apoya en todo tiempo.
iii
4
Índice de contenidos
Portada……………………………………………………………………………………i
Hoja de firmas de jurado…………………………………………………………………ii
Dedicatoria………………………………………………………………………………iii
Índice de contenidos……………………………………………………………………..iv
Lista de figuras………………………………………………………………………….vii
Introducción……………………………………………………………………………..ix
Capítulo I. El IGBT y sus características…………………………………………….11
1.1 Origen del IGBT…………………………………………………………………….11
1.2 Estructura y composición del IGBT………………………………………………...12
1.2.1 Tipos de IGBT de canal N y canal P………………………………………....12
1.2.2 Diferencias entre el IGBT y el MOSFET…………………………………….13
1.2.3 Tienen en común IGBT y MOSFET…………………………………………13
1.2.4 Diferencias estructurales……………………………………………………..14
1.3 Características del IGBT……………………………………………………………14
1.3.1 Características a tener en cuenta en un IGBT………………………………14
1.4 Diferentes estructuras del IGBT…………………………………………………….17
1.5 Tecnología…………………………………………………………………………..18
Capítulo II. Funcionamiento del IGBT………………………………………………20
2.1 Funcionamiento básico del IGBT………………………………………………….. 20
2.1.1 Encendido del IGBT………………………..………………………………23
2.1.2 Apagado del IGBT………………………………………………………….24
2.1.3 Método de protección de IGBT……………………………………………. 25
2.1.4 Características eléctricas……………………………………………………27
2.2 Tiempos de conmutación…………………………………………………………... 28
iv
5
2.3 Características de conmutación………………………………………………….…..29
2.4 Otros parámetros importantes……………………………………………….…….…30
2.5 El transistor de potencia…………………………………………………….….…….30
2.6 Principios básicos de funcionamiento…………………………………………..……31
2.6.1 Modos de trabajo………………………………………………………….…31
2.6.2 Avalancha secundaria de curvas SOA……………………………….……...32
2.6.3 Efecto producido por carga inductiva……………………………….……....33
2.7 Cálculo de potencias disipadas en conmutación con carga resistiva…………..…….34
2.8 Ataque y protección del transistor de potencia…………………………………..…..36
Capítulo III. Aplicaciones del IGBT……………………………………………….….41
3.1. Aplicaciones…………………………………………………………………….…..41
3.2. Estudio eléctrico y térmico en transistores IGBT………………………………..….42
3.3. Control de reparto de corriente…………………………………………………..….42
3.4. Análisis eléctrico…………………………………………………………………....44
3.5. Para los dispositivos semiconductores de potencia…………………………....…...45
Aplicación didáctica………………………………………………………………….….46
Sesión de aprendizaje Nº1………………………………………………………………46
Hoja de extensión……………………………………………………………………….48
Hoja de información…………………………………………………………………….50
Hoja de laboratorio Nº1…………………………………………………………..….....59
Evaluación……………………………………………………………………...….…...65
Lista de cotejo…………………………………………………………………..….…...67
Ficha de metacognición………………………………………………….………..…….68
Diapositivas del módulo del IGBT…………………………………….…………..…...69
Conclusiones…………………………………………………………………………....71
v
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Recomendaciones………………………………………………………………………...72
Referencias…………………………………………………………………………….....73
Apéndices……………………………………………………………………………..….74
Apéndice A: Glosario de términos…………………………………………………..…...74
Apéndice B: Diapositivas de sustentación…………………………………….………....77
vi
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Lista de figuras
Figura 1. El IGBT…………………………………………………………………………12
Figura 2. Los transistores bipolares………………………………………………………13
Figura 3. Módulo semipuente 1200v 400Amp…………………………………………...15
Figura 4. Módulo con IGBT…………………………………………………………......16
Figura 5. Sección de un IGBT throungh sin golpe…………………….……………..…..17
Figura 6. Sección de un IGBT punch through en tanchée………………………………..18
Figura 7. Módulo IGBT 3300 V 1200 A………………………………………………….18
Figura 8. Dentro de un módulo IGBT de 600 V 400 A…………………………………..19
Figura 9. Funcionamiento del transistor IGBT…………………………………………....21
Figura 10. Sección vertical de un IGBT…………………………………………………..21
Figura 11. Circuito equivalente aproximado del IGBT…………………………………...22
Figura 12. Comparación VDs(ON) MOS-IGBT para misma BVDss(OFF)………………….....22
Figura 13. Transistores MOSFET y BJT ………………………………………………....23
Figura 14. Circuito equivalente del IGBT que contempla el tiristor parásito………….....23
Figura 15. Encendido del IGBT…………………………………………………………..24
Figura 16. Apagado del IGBT………………………………………………………….....25
Figura 17. Modelo de IGBT 430v 200ª número de parte RJP56f4……………………….25
Figura 18. El IGBT……………………………………………………………………….26
Figura 19. Configuración del IGBT……………………………………………………....26
Figura 20. Señal de respuesta de trabajo del IGBT…………………………………….....27
Figura 21. Curva característica estática de un transistor IGBT de canal n…………….....28
Figura 22. Tiempos de conmutación…………………………………………………..….28
Figura 23. Tiempo de excitación o encendido (on) y tiempo de apagado (off)…………..29
vii
8
Figura 24. Características de conmutación……………………………………………….29
Figura 25. Parámetros importantes de las señales del IGBT ..……………………………….30
Figura 26. Modos de trabajo……………………………………………………………...32
Figura 27. Avalancha secundaria de curvas SOA…………………………………...…...32
Figura 28. Área de funcionamiento seguro en régimen continuo y pulsante………….....33
Figura 29. Transferencia transistor en conmutación con carga inductiva……………......33
Figura 30. Proteger al transistor………………………………………………………….34
Figura 31. Conmutación con carga resistiva……………………………………………..35
Figura 32. Ataque y protección del transistor de potencia…………………………….....37
Figura 33. Un transistor que actúa en conmutación…………………….…………….….37
Figura 34. Un transistor que actúa en conmutación……………………………….……..38
Figura 35. Un circuito más serio es el de control antisaturación…………………….......39
Figura 36. Control de reparto de corriente…………………………………………….....43
Figura 37. Modelo simplificado de un transistor IGBT…………………………..……...44
Figura 38. Reparto de corriente………………………………………………………......45
Figura 39. Ilustración de área de operación segura de un transistor de potencia………...45
viii
9
Introducción
El transistor IGBT es un dispositivo electrónico trabaja como amplificador de corriente y
de voltaje, y tiene componentes semiconductores. El componente más empleado es el
silicio y el germanio, en los cuales son agregadas las impurezas. Los semiconductores del
tipo-n, hay una abundancia de electrones libres, o cargas negativas y los semiconductores
del tipo-p hay una insuficiencia de electrones y hay demasiada cargas positivas.
El propósito del trabajo de la monografía ha sido con la finalidad de enseñanza del
IGBT, para entender en que consiste el trabajo corriente (I.C.E), voltaje (V.C.E) y también
en su respuesta a sus frecuencias, voltaje, amplificación de señal y ciclos de trabajo que se
muestran a través del osciloscopio de 4 canales. Se puede observar el muestreo de las
señales en tiempo real. Nos permite mostrar la señal de un timer 555, esta señal ira a la
compuerta del IGBT, dicha señal amplificara la corriente que controla a la bobina de
encendido del primario. Y a su vez tendremos una respuesta en la bobina del secundario
permitiendo un alto voltaje que se verá a la salida de la bujía de encendido del automóvil.
Durante considerable tiempo se investigó como lograr un componente electrónico
que alcanzara alta impedancia de entrada y que externamente competente de manipular
altas potencias a altas velocidades, lo que permitió la fabricación de transistores bipolar de
puerta aislada (IGBT). Hoy en día los transistores IGBT lo encontramos en diferentes
equipos electrónicos de las principales empresas del medio, también lo encontramos desde
una fuente switch, televisores led, variadores de velocidad, automóviles, en las
computadoras, receptores de radio, instrumentación de control automático (PLC), celulares
en dispositivos SMD, etc.
La monografía está dividida en tres capítulos: el capítulo I, el IGBT y sus
características; el capítulo II; el IGBT y funcionamiento del IGBT; el capítulo III,
ix
10
aplicaciones del IGBT. Finalmente, la aplicación didáctica, conclusiones y
recomendaciones y apéndices.
x
11
Capítulo I
El IGBT y sus características
1.1 Origen del IGBT
Akakiri y Yamagami de origen japonés, plantearon en 1968 un componente de cuatro
capas volteas semiconductoras P-N-P-N se encargan de controlar la puerta de un
semiconductor de óxido metálico, sin trabajo regenerativo. En el año 1978 crearon en
un controlador rectificador de silicio por Scharf y Plummer, este tipo de trabajo explicado
por los investigadores asimismo también fue descubierto por J. Jayant Baliga, en el año
1979, en un componente llamó MOSFET en el surco vertical con una zona drenaje
cambiada por zona de ánodo de tipo P. Plummer pidió una patente para el componente que
planteó en 1978.
Este componente electrónico tiene diferentes tipos señales de los transistores en alta
corriente y bajo voltaje de saturación en el transistor bipolar, utilizaron la puerta aislada
FET para controlar la entrada y como interruptor un transistor bipolar.
El transistor IGBT han reconocido progresos que no son factibles hasta en aquel
tiempo, los variadores de frecuencia, en los aparatos eléctricos, usan receptores de
potencia, domótica y sistemas de alimentación permanente.
12
G: Puerta
C: Colector
E: Emisor
Figura 1. El IGBT. Fuente: Autoría propia.
1.2 Estructura y composición del IGBT
El transistor IGBT es el componente electrónico semiconductor con cuatro capas que se
modifican (PNPN) son inspeccionados por un óxido de metal semiconductor, distribución
de la puerta sin trabajo regenerativo. El transistor bipolar de puerta aislada se fabricó de
forma equivalente a un MOSFET.
El circuito de excitación del IGBT es igual MOSFET, los tipos de manejo son
como las del BJT.
1.2.1 Tipos de IGBT de canal N y canal P.
En escenarios de reposo, la corriente de Gate es casi nula como en la parte interna
del dispositivo, el terminal Gate se conecta a un capacitor. Esto hace pasar la corriente de
Gate cuando la tensión de entrada cambia de estado lógico y por este motivo el consumo
de los mofetas, todos los circuitos lógicos MOS crecen en proporción a la frecuencia de
conmutación.
El power mosfets son dos formas: los de canal N y los de canal P. La oposición
entre estos está en la polaridad de conexión Source-Drain y la tensión de Gate de los
mosfets de canal P es negativa de formas que existen entre los transistores NPN y PNP).
13
1.2.2 Diferencias entre el IGBT y el MOSFET.
Los transistores bipolares eran mejores transistores de potencia real, hasta que
aparecieron los MOSFET al inicio de los años 70. Los transistores BJT han pasado por
mejoras en su ganancia eléctrica en 1947 y todavía se usan ampliamente en circuitos
electrónicos. Los transistores bipolares poseen formas de apagado relativamente lentas y
exhiben un coeficiente de temperatura negativo que produce una ruptura secundaria. Los
transistores IGBT es básicamente un cruce entre los transistores bipolares y los MOSFET
y además está controlado por voltaje como los MOSFET.
Figura 2. Los transistores bipolares. Fuente: Autoría propia.
1.2.3 Tienen en común IGBT y MOSFET.
Los transistores IGBTs y MOSFETs esta construidos por un material semiconductor.
MOSFETs están en regiones de tipo P dos espaciadas por una región tipo N o dos regiones
de tipo N separadas por una región de tipo P. Dos de los contactos de lo MOSFET se unen
a cada uno de los dos tipos P- (tipo N) regiones. Un tercer contacto es a la región tipo N (o
tipo P) interviene, pero separado por una capa aislante. El voltaje aplicado por este tercer
contacto afecta la conductividad entre los dos tipos P- (o regiones de tipo N).
14
1.2.4 Diferencias estructurales.
Un IGBT y un MOSFET tienen un semiconductor tipo P bajo el arreglo estándar
extra. Se produce un efecto en el transistor IGBT las particularidades de un MOSFET en
mezclan de dos BJT. El IGBT es utilizado en potencia esto hace que desarrolle un buen
trabajo.
1.3 Características del IGBT
El transistor IGBT es apropiado para ser más veloz en conmutación será de 100 kHz y ha
remplazado el BJT en muchos procesos. Se emplea procesos de altas y medios energía
como origen conmutada, revisión de la tracción en motores e inducción.
1.3.1 Características a tener en cuenta en un IGBT.
A continuación, las siguientes características del IGBT:
IDmax Restringida con resultado Latch-up.
VGSmax Restringida por el grosor del óxido de silicio.
El diseño VGS = VGSmax la corriente de corto circuito será de 4 a 10 veces la
nominal que es la zona activa con VDS=Vmax y aguanta unos 5 a 10 µs. y cuenta con
una defensa electrónica cortando desde puerta.
VDSmax es la tensión de ruptura del transistor pnp. Como α es; es muy baja, será
VDSmax=BVCB0 Existen en el mercado IGBTs con valores de 600, 1.200, 1.700,
2.100 y 3.300 voltios. (anunciados de 6.5 kV).
La temperatura máxima será de 150ºC (con SiC se esperan valores mayores).
Hallamos el IGBTs encapsulados que aguantan hasta 400 o 600 Amp.
15
La tensión VDS difícilmente varía con la temperatura. Se logran conectar en
paralelo fácilmente. Se pueden lograr grandes corrientes con facilidad,
p.ej. 1.200 o 1.600 Amp.
Hoy en día es el dispositivo más usado para potencias entre varios kW y un
par de MW, trabajando a frecuencias desde 5 kHz a 40kHz.
A continuación, las presentaciones más comunes de un IGBT.
Figura 3. Módulo semipuente 1200v 400Amp. Fuente: Recuperado de http://meikch.blogspot.com/2011/.
16
/
Figura 4. Módulo con IGBT. Fuente: Recuperado de http://meikch.blogspot.com/2011/.
17
1.4 Diferentes estructuras del IGBT
IGBT NPT: Abreviatura en inglés: No punch through es la estructura básica para lograr.
Utiliza chips más delgados, sin capa adicional de N +. La transconductancia será menor,
por lo que es más robusta en una situación de cortocircuito.
Figura 5. Sección de un IGBT throungh sin golpe. Fuente: Autoría propia.
El transistor IGBT PT punch through utiliza chips gruesos con una capa de tampón
N +. Al inicio una caída de voltaje menor en el estado operativo.
En la capa de amortiguación entre la zona epitaxia N y la zona de inyección P + del
colector se puede obtener un orden del campo eléctrico trapezoidal.
Encontramos transistores DS-IGBT (para Depletion Stop IGBT) o FS-IGBT (para
Field Stop IGBT), que presentan las mismas características que el PT-IGBT, con una capa
de búfer menos dopada. Esto permite utilizar las tecnologías básicas de fabricación de un
NPT-IGBT.
18
Figura 6. Sección de un IGBT punch through en tanchée. Fuente: Autoría propia.
1.5 Tecnología
Los IGBT se utilizan con técnicas equivalentes a las de los circuitos integrados (como los
MOSFET, pero a diferencia de los GTO y los tiristores de potencia). Esto se debe al
tamaño del chip está limitado a aproximadamente 1 cm 2, mientras que se sabe que fabrica
diodos monolíticos de 150 mm de diámetro (176 cm 2).
Figura 7. Módulo IGBT 3300 V 1200 A. Fuente: Recuperado de https://www.wikiwand.com/en/Insulated-
gate_bipolar_transistor
19
Los IGBT grandes son módulos de varios chips, que tiene diferentes chips en
paralelo, que están soldados en una placa de cobre o Al-SiC a través de la cual se enfrían.
La mayoría también contiene un diodo antiparalelo (o "rueda libre"), en sí mismo,
chip múltiple. Este diodo es, de hecho, es elemento principal del módulo IGBT, por su
forma en particular de recuperación deben ser compatibles con el propio IGBT, una
necesidad crucial. Esta es una de las primeras aplicaciones para semiconductores de
carburo de silicio. Hay principalmente IGBT de "canal N". La estructura adicional "canal
P" es viable, pero está limitada a pequeñas potencias, porque en cuanto a los transistores
bipolares y MOSFET, las características obtenidas son menos buenas (mayores pérdidas,
por ejemplo).
Estos componentes están disponibles dentro de los gabinetes estándar, desde la
pequeña carcasa de plástico (TO-220) para corrientes de unos pocos amperios a unas pocas
decenas de amperios y voltajes de colector-emisor de 600 a 1,500 voltios, hasta módulos
alta potencia de unos pocos cientos de amperios y algunos kilovoltios.
Figura 8. Dentro de un módulo IGBT de 600 V 400 A. Fuente: Recuperado de https://export.rsdelivers.com
20
Capítulo II
Funcionamiento del IGBT
2.1 Funcionamiento básico del IGBT
Un IGBT es principalmente un dispositivo MOSFET que controla un transistor de potencia
de unión bipolar con ambos transistores integrados en un solo componente de silicio,
también el MOSFET es el FET de puerta aislada más común, fabricado más comúnmente
por la oxidación controlada de silicio. El MOSFET universalmente funciona variando
electrónicamente el ancho del canal por el voltaje en un electrodo llamado puerta que se
encuentra entre la fuente y el drenaje, y está aislado por una capa delgada de óxido de
silicio. Un MOSFET puede funcionar de dos maneras: modo de agotamiento y modo de
mejora. Si la tensión de bloqueo VDS supera un cierto valor máximo tanto en el umbral de
trabajo positivo como negativo, el dispositivo entrará en avalancha.
A continuacion vemos la estructura del IGBT.
21
Figura 9. Funcionamiento del transistor IGBT. Fuente: Recuperado de: https://wwww.youtube.com/
/watch?v=KBkU3gQaE1g
El procedimiento cortado es análogo al MOS cortado.
Figura 10. Sección vertical de un IGBT. Fuente:
Recuperado de http://autonomojesussulcablog.blogspot.com/2016/11/transistor-igbt.html
22
Figura 11. Circuito equivalente aproximado del IGBT. Fuente: Autoría propia.
Figura 12. Comparación VDs(ON) MOS-IBGT para misma BVDss(OFF). Fuente: Autoría propia.
23
Figura 13. Transistores MOSFET y BJT. Fuente: Recuperado de
http://autonomojesussulcablog.blogspot.com/2016/11/transistor-igbt.html
Figura 14. Circuito equivalente del IGBT que contempla el tiristor parásito. Fuente: Autoría propia
2.1.1 Encendido del IGBT.
Al encendido del IGBT, la corriente de colector es controlada por el voltaje de la
compuerta emisor aplicado. Al iniciar el proceso del encendido del IGBT para la carga es
con la corriente de salida, lo, circulando a través del diodo antiparalelo del IGBT opuesto.
24
Presentamos un gráfico de ondas ideales del encendido de un IGBT, es decir sin
inductancia de lazo dc y un diodo “perfecto” que no tiene carga de recuperación reversa.
Figura 15. Encendido del IGBT. Fuente: Recuperado de
http://autonomojesussulcablog.blogspot.com/2016/11/transistor-igbt.html
2.1.2 Apagado del IGBT.
Se muestran las ondas de voltaje de compuerta, corriente y voltaje del IGBT en el
apagado.
Al principio cuando está apagado, mientas el voltaje de manejo de compuerta se
reduce, la capacitancia compuerta-emisor comienza a descargarse. El VCE e Ic
permanecen invariables durante el periodo t0 a t1. El t1, el voltaje de compuerta es solo
suficiente para soportar la corriente de colector.
25
Figura 16. Apagado del IGBT. Fuente: Recuperado de https://slideplayer.es/slide
2.1.3 Método de protección de IGBT.
En encendido de los motores de corriente alterna. Se debe al inversor parte
constitutiva de los accionamientos de velocidad variable está formados IGBT, es necesario
conocer las características de funcionamientos de estos.
Modelo de IGBT 430v 200ª número de parte RJP56f4
Figura 17. Modelo de IGBT 430v 200ª número de parte RJP56f4. Fuente: Autoría propia
Energía de disipación: De 3W y máxima disipación de 30W. Voltaje de la fuente:
26
4.75V a 5.25V. Voltaje de colector-emisor: 430V. La corriente de colector: 200A. Voltaje
de compuerta- emisor: ±33V. Temperatura de funcionamiento: -50°C a 150°C.
Figura 18. El IGBT. Fuente: Autoría propia
Ejemplo de aplicación:
Figura 19. Configuración del IGBT. Fuente: Autoría propia.
27
Figura 20. Señal de respuesta de trabajo del IGBT. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
Cuadro de voltaje y corriente Conductores de operación Conductores de
operación máximo
VCM 300 V 350 V
ICF 180 A 200 A
CM 1200 UF 1500 UF
VGE 28 V 26 V
El transistor IGBT tiene estructura MOS y su puerta está aislada por óxido de silicio
delgada. Asegúrese de manejarlo cuidadosamente para proteger el dispositivo de carga
electrostática. 2. El total de horas de funcionamiento aplicadas a puerta-emisor debe estar
dentro de 5.000 horas. 3. Frecuencia de conmutación mínima de 50 kHz.
2.1.4 Características eléctricas.
Transistor IGBT y la curva estática.
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Figura 21. Curva característica estática de un transistor IGBT de canal n. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
2.2 Tiempos de conmutación
El transistor se encuentra corte o en saturación las pérdidas son notables. Cuando vemos
los procesos se demora de conmutación, se realiza un cambio a otro que ocasiona un pico
de potencia disipada, y el producto IC x VCE obtiene una potencia media en el transistor.
Figura 22. Tiempos de conmutación. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
29
Lograremos diversificar entre tiempo de encendido y tiempo de apagado.
Encontramos que los tiempos se puede dividir en otros dos.
Figura 23. Tiempo de excitación o encendido (on y tiempo de apagado (off). Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
2.3 Características de conmutación
En el proceso de encendido será de forma similar al del MOS y en el apagado encontramos
la corriente de “cola”:
Figura 24. Características de conmutación. Fuente: Recuperado de
https://es.slideshare.net/ArmandoPato/igbt-listo
30
2.4 Otros parámetros importantes
La corriente máxima es aceptable de colector (ICM) o de drenador (IDM). Por un importe
se establece la mayor potencia del componente.
VCBO: base con el emisor está en circuito abierto y tensión entre los terminales colector.
VEBO: base con el colector en circuito abierto y tensión entre los terminales emisor.
La corriente media es el importe que se obtiene circular por un terminal. Ejemplo:
ICAV, corriente media por el colector).
Figura 25. Parámetros importantes de las señales del IGBT. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
2.5 El transistor de potencia
Los transistores de potencia trabajan en forma similar a los transistores estándar, habiendo
como tipos específicos en las entradas de tensiones e intensidades que aguantar, las altas
potencias a disipar.
Encontramos transistores de potencia:
El transistor bipolar.
31
El unipolar o FET.
El transistor IGBT.
Parámetros MOS Bipolar
Frecuencia de trabajo Alta (100-500 Khz) Baja (10-80 Khz)
Voltaje aplicable Alto (1000 V) Alto (1200 V)
Impedancia de entrada Alta (1010 ohmios) Media (104 ohmios)
Máxima temperatura de operación Alta (200ºC) Media (150ºC)
Ganancia en corriente Alta (107) Media (10-100)
Resistencia ON (saturación) Media / alta Baja
Resistencia OFF (corte) Alta| Alta
Coste Alto Medio
2.6 Principios básicos de funcionamiento
Las diferencias entre un transistor unipolar o FET y el transistor bipolar será la forma de
trabajar en el componente de control. Un transistor bipolar se aplica una corriente base
para revisar la corriente del colector, como el FET se controla aplicando una tensión entre
fuente y puerta. El cambio aparece determinado en la distribución interna de los
componentes, que son distintas.
2.6.1 Modos de trabajo.
Existen cuatro escenarios de polarización posibles. Dependiendo del signo de los
voltajes de polarización en las diferentes uniones del transistor logran:
32
Figura 26. Modos de trabajo. Fuente: Recuperado de https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
2.6.2 Avalancha secundaria de curvas SOA.
Cuando la tensión base con el emisor abierto (VCBO), reconocida entre colector y o la
carga es mayor entre emisor con la base abierta colector. (VCEO), la unión colector - base
polarizada en inverso entra en un asunto de ruptura equivalente al de cualquier diodo,
llamado avalancha primaria.
.
Figura 27. Avalancha secundaria de curvas SOA. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html.
33
El transistor logra trabajar por encima del término de la avalancha secundaria en
cortos momentos de tiempo sin que se acabe. Entonces el constructor provee unas curvas
límites en la zona activa según los tiempos límites de proceso, identificadas como curvas
FBSOA.
Figura 28. Área de funcionamiento seguro en régimen continuo y pulsante. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
2.6.3 Efecto producido por carga inductiva.
Son cargas inductivas que supervisan el trabajo de los transistores en situaciones de
difíciles trabajos en la parte internamente de la zona activa.
Figura 29. Transferencia transistor en conmutación con carga inductiva. Fuente: Recuperado de
https://www.uv.es/marinjl/electro/transistores.html
34
En el gráfico superior vemos simbolizado los otros puntos elevados de trabajo del
transistor según será en corte y saturación. Si la carga es resistiva, el transistor transitará de
corte a saturación. Si la carga resistiva, el transistor tendrá un corte a saturación que inicia
en A hasta C, y de saturación a corte será de C a A. Si la carga inductiva el transistor
pasara a saturación transitando la curva ABC, el paso a corte lo realiza por el tramo CDA.
Para cuidar el transistor y evadir su disminución se manipulan en la experiencia
diferentes circuitos, que vemos a continuación:
Figura 30. Proteger al transistor. Fuente: Autoría propia
2.7 Cálculo de potencias disipadas en conmutación con carga resistiva
En la figura vemos las señales realizadas de los momentos de conmutación (ton y toff)
según el caso será la carga resistiva.
35
Figura 31. Conmutación con carga resistiva. Fuente: Recuperado de
http://dispositivosdeelectrnicadepotencia.blogspot.com/2011/12/dispositivos-de-electronica-de-potencia.html
Vemos al instante origen en el inicio del tiempo que se eleva (tr) la corriente de
colector. En estas circunstancias (0 t tr) asumiremos:
𝑖𝑐 = 1𝑐𝑚𝑎𝑥𝑥 (𝑡
𝑡𝑟)
donde IC más vale:
1𝑐𝑚𝑎𝑥 =𝑉𝑐𝑐
𝑅
Encontramos tensión en el colector – emisor como:
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅 𝑥𝑖𝐶
Veremos que:
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝑅 𝑥𝑉𝐶𝐶
𝑅 𝑥 (
𝑡
𝑡𝑟) 𝑥 (1 −
𝑡
𝑡𝑟)
Encontramos que el VCE en saturación es bajo en comparación con VCC.
36
Asimismo, la potencia del transistor viene expresada:
𝑝 = 𝑉𝑐𝑒𝑥 𝑖𝑐 = 𝑉𝑐𝑐𝑥 1𝑐𝑚𝑎𝑥 𝑥 (𝑡
𝑡𝑟) 𝑥 (1 −
𝑡
𝑡𝑟)
La energía, Wr, del transistor viene disipada en el tiempo de alta está dada por la
integral de la potencia según el intervalo del tiempo de baja, con el resultado:
𝑊𝑡 = (𝑉𝑐𝑐 𝑥 1𝑐𝑚𝑎𝑥
4) 𝑥 (
2 𝑥𝑡𝑟
3)
Ahora vemos, la energía Wf, en el transistor según el tiempo de caída será disipada,
que es:
𝑊𝑓 = (𝑉𝑐𝑐 𝑥 1𝑐𝑚𝑎𝑥
4) 𝑥 (
2 𝑥𝑡𝑟
3)
La potencia media dependerá de la frecuencia con que se realice la conmutación:
𝑃𝐴𝑉 = 𝑓 𝑥(𝑊𝑡 + 𝑊𝑓)
Al terminar se considera tr, es insignificante frente a tf, con lo que no realizaríamos
un error estimable según la potencia media, después de cambio, como:
𝑃𝐶(𝐴𝑉 =𝑉𝑐𝑐𝑥1𝑐𝑚𝑎𝑥
6 𝑥𝑡𝑓𝑥 𝑓
2.8 Ataque y protección del transistor de potencia
Podemos verificar principalmente, los tiempos de conmutación restringen el trabajo del
transistor, nos interesa bajar su efecto según la disposición de lo posible.
37
Figura 32. Ataque y protección del transistor de potencia. Fuente: Autoría propia.
Cuando vemos los tiempos de conmutación logran ser más pequeños mediante un
cambio en la señal de base y como vemos en la figura anterior.
En resultado, si ambicionamos que un transistor trabaje más rápidamente posible en
conmutación y con mínimas pérdidas, la mejoría sería controlar la base del dispositivo con
una señal. Vemos el siguiente circuito de la figura siguiente.
Figura 33. Un transistor que actúa en conmutación. Fuente: Autoría propia.
En este caso, la intensidad de base aplica de la siguiente forma:
38
Figura 34. Un transistor que actúa en conmutación. Fuente: Recuperado de
http://dispositivosdeelectrnicadepotencia.blogspot.com/2011/12/dispositivos-de-electronica-de-potencia.html
Cuando las resistencias R1 y R2 proceden a manera de un divisor de tensión.
La corriente con la que se carga el condensador será:
𝑡1 = 𝐶𝑥𝑅1 𝑥 𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
Cuando el condensador ya está cargado a VC, la intensidad de base se afianza al
valor IB que será:
𝐼𝐵 =𝑉𝑒(𝑚𝑎𝑥) − 0.7
𝑅1 + 𝑅2
Vemos que intervalo en que la tensión de entrada será Ve(min), también el
condensador recargado a VC, y la VBE=0.7 v. Los valores se suman a la tensión de entrada,
lo que origina la señal negativa de intensidad IB (mín.):
1𝐵(𝑚𝑖𝑛) =𝑉𝑒(𝑚𝑖𝑛) − 𝑉𝑐 + 0.7
𝑅1 + 𝑅2
Según el intervalo el condensador se va reduciendo a través de R2 será una constante
de tiempo de valor R2C.
Lo antes visto es verdaderamente seguro, que a continuación vemos:
39
5𝑥𝑡1 ≤ 𝑡1
5𝑥𝑡2 ≤ 𝑡2
Figura 35. Un circuito más serio es el de control antisaturación. Fuente: Autoría propia.
Según esto afirmamos que el condensador está cargado y utilizamos la señal
negativa. Asimismo, lograremos últimamente una frecuencia mayor de trabajo:
𝑓𝑚𝑎𝑥 =1
𝑡1 + 𝑡2=
1
5 𝑥𝑡1 + 5 𝑥 𝑡2=
0.2
𝑡1 + 𝑡2
El tiempo de saturación (tS)estará conveniente a la intensidad de base, y una suave
saturación conseguiremos disminuir tS:
1𝑐 =𝑉𝑐𝑐 − 𝑉𝐶𝐸
𝑅𝑐
Al inicio tenemos que:
1𝐵 =𝑉𝐵 − 𝑉𝐷1 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅𝐵
En estos casos conduce D2, con la intensidad de colector tendrá un valor:
1𝐿 =𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐵𝐸 − 𝑉𝑑1 + 𝑉𝑑2
𝑅𝐶
40
Si asignamos una condición que la tensión del diodo D1 será de valor mayor que el
diodo D2, lograremos que IC sea mayor que IL:
La protección por red snubber, ya antes visto.
41
Capítulo III
Aplicaciones del IGBT
3.1 Aplicaciones
Las aplicaciones habituales del IGBT son inversores, rectificadores y choppers para
conmutar fuentes de alimentación y velocidad variable.
Los IGBT se utilizan como elementos de potencia en los convertidores de tracción
del TGV, en las versiones más modernas equipadas con motores asíncronos, así como en
la mayoría de los convertidores auxiliares (iluminación, ventilación, etc.). La tendencia es
hacia la generalización de los IGBT en este mercado.
La tecnología IGBT se utiliza en transmisores HF desarrollados por Thales
Broadcast & Multimedia (serie TSW2500) con tetrodo de terminal HF. Los módulos IGBT
constituyen la etapa de modulación de AM, cuyo propósito es superponer la señal de audio
en el voltaje de alimentación del tetrodo de potencia final HF. En 2006, doce transmisores
de este tipo están en servicio en el sitio Issoudun TDF que proporciona transmisión de RFI
(potencia unitaria de 500 kW asociada con una antena ALLISS).
También se utilizan en inversores para unidades de control de motores eléctricos,
propulsores de los barcos más recientes, como el Queen Mary 2.
El uso de IGBT está comenzando a desarrollarse en el sector automotriz para
vehículos eléctricos y en particular para los llamados automóviles híbridos como el Toyota
42
Prius, cuya parte eléctrica del tren de transmisión comprende dos motores eléctricos sin
escobillas controlados por un inversor de 50 kW en IGBT.
Los balastos electrónicos de alta potencia (hasta 18 kW) para lámparas de descarga
halógena como las lámparas HMI (Hydragyrum Metal Iodyne) utilizadas en proyectores de
rendimiento profesional incorporan IGBT en sus etapas de potencia. Dado que el
funcionamiento del conjunto debe ser inaudible, el requisito de espacio se reduce y la
compatibilidad electromagnética máxima, esta aplicación particular requiere el
funcionamiento a frecuencias de conmutación superiores a 20 kHz y el uso imperativo de
circuitos de conmutación sin conmutación. disipativo.
Estos transistores se utilizan en el calentamiento por inducción. El IGBT se usa casi
exclusivamente en la conmutación, es decir, cuando solo son deseables los estados
saturados y bloqueados. Sin embargo, como cualquier transistor, tiene una zona operativa
"lineal" o activa, que puede usarse para aplicaciones particulares (amplificadores, etc.).
3.2 Estudio eléctrico y térmico en transistores IGBT
Cuando se trabaja en forma paralela con control de repartición de corriente según la tesis
los interruptores en paralelo forma de estudios de la inestabilidad de con variación de la
corriente que se muestra en circuitos en paralelo.
3.3 Control de reparto de corriente
Se mostraron habilidades de revisión de distribución de corriente en los interruptores
conectados en forma paralela. Los interruptores asentados en transistores PT (Punch
Through) IGBT. El factor negativo de temperatura que muestran a los transistores en una
tecnología será menos conveniente para su utilización que soliciten la conexión de
transistores en paralelo. Según este procedimiento permite con mayor capacidad de
43
diferenciación del trabajo del transistor IGBT como sus características VCE–ICE para
distintas tensiones puerta-emisor VGE. Mayor temperatura en el transistor en donde pasa
la corriente a aumentar el desequilibrio.
Figura 36 Control de reparto de corriente. Fuente: Recuperado de https://www.inventable.eu/como-conectar-
un-mosfet-a-un-microcontrolador/.
Un transistor IGBT está establecido con un MOSFET y transistor bipolar. La
tecnología bipolar contribuye una mejor consistencia de la corriente y la tecnología MOS
facilita la inspección del transistor por tensión.
Esta mezcla de la tecnología bipolar y MOS produce una interface entre la corriente
de colector respetando su fabricación y la tensión de puerta. Las siguientes ecuaciones nos
permiten ver la transconductancia (gm) del transistor en la zona de saturación y la
corriente de colector (ICEsat).
44
Adonde, el ancho (W) y longitud (L) del canal, la característica de la puerta (Cox) y
el movimiento de los electrones (µn) en el semiconductor con procedimientos de
geometría, el componente de elaboración del MOSFET.
El ingreso de la corriente del transistor bipolar PNP en el factor 1 y aumenta la
transconductancia total del transistor IGBT.
La siguiente operación se muestra la capacidad de cambiar, los procedimientos de
dirección de la corriente del transistor transformando por el nivel de tensión de la puerta
del transistor. Principales características empleadas para corregir la inestabilidad de
corriente.
Figura 37. Modelo simplificado de un transistor IGBT. Fuente: Autoría propia.
3.4 Análisis eléctrico
El proceso eléctrico se basa en el trabajo del interruptor combinado por dos transistores
IGBT funcionando en forma paralela será un elevador. Encontramos en microcontrolador
y la disposición de corriente se logra con las resistencias Kelvin de 5 mΩ.
45
Tenemos como el objetivo de establecer si la variación de la particularidad VCE-ICE
del transistor interviene de alguna forma en el procedimiento usual del convertidor, se
examinará el trabajo del interruptor sin usar todo control para instaurar una referencia.
Figura 38. Reparto de corriente. Fuente: Autoría propia.
3.5 Para los dispositivos semiconductores de potencia
Tenemos el BJT, MOSFET, tiristor o Transistor IGBT), el área de trabajo segura (en
inglés, Safe Operating Área, SOA), Es la tensión y corriente en donde se espera que el
dispositivo trabaje sin auto-daño.
Figura 39. Ilustración de área de operación segura de un transistor de potencia. Fuente: Recuperado de
https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_de_operaci%C3%B3n_segura
46
Aplicación Didáctica
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FACULTAD DE TECNOLOGÍA
Departamento Académico de Electrónica y Telemática
I. DATOS INFORMATIVOS:
ASIGNATURA : Circuitos Electrónicos
PROFESOR : Wilmer Ledesma De la Cruz
FECHA : 07/10/2019
DURACIÓN : 45 Minutos
II. TEMA : EL IGBT
III. OBJETIVOS : APRENDIZAJE ESPERADO
Aprende los conceptos básicos del IGBT.
Analiza e interpreta la importancia del IGBT.
¿Cuál es el funcionamiento principal del IGBT dentro del circuito electrónica
IV. METODOLOGÍA
Interactivo
Demostrativo
V. MATERIALES Y EQUIPOS
Materiales didácticos
Hoja de extensión
SESIÓN DE APRENDIZAJE Nº1
47
Hoja de información
Hoja de laboratorio
Hoja de evaluación
Lista de cotejo.
Hoja de Metacognitiva
Diapositivas del modulo
Equipos
Proyector Multimedia
Computadora
VI. PROCEDIMIENTOS:
MOMENTOS TIEMPO ACTIVIDADES- ESTRATEGIAS RECURSOS
INICIO 15
minutos
El docente saluda y da la
bienvenida a los estudiantes
El docente formula interrogantes.
Creando una lluvia de ideas
Proyector.
Plumones.
Pizarra.
PROCESO 45
Se entrega a los estudiantes una
hoja de información.
Conversamos sobre el tema a
tratar.
Se muestra los proyectos a
trabajar en clase.
El profesor resuelve las
interrogantes de los alumnos.
Hoja de
Información.
Hoja de
laboratorio.
SALIDA 20
El docente realiza la
Metacognición para evaluar lo
aprendido en clase.
Evaluación.
Hoja de
Metacognición.
Lista de
Cotejo.
Materiales
impresos.
48
VII. DEMOSTRACIÓN
Aprende la importancia y la utilidad que tiene el IGBT.
Presentación de los proyectos a desarrollar en el laboratorio de Electrónica:
Temas: “Encendido electrónico con el IGBT”
Identifican los componentes electrónicos del proyecto.
Los alumnos desarrollan el módulo del proyecto demostrado en clase.
VIII. EVALUACIÓN
La evaluación es constante, se tomará en cuenta el desarrollo de la práctica y el
cuestionario.
Presentación del trabajo y una breve explicación del funcionamiento de los
componentes electrónicos.
Hoja de Extensión
CRITERIO CAPACIDAD INDICADORES
Compresión de
tecnología
Conoce la utilidad del IGBT.
Conoce el procedimiento para
aplicar un IGBT en el diseño
de un circuito electrónico,
Aprende los conceptos básicos
para utilizar el IGBT.
Aprende las aplicaciones del
IGBT en un circuito electrónico.
Aplicación de
tecnología
Desarrolla el proyecto
aplicando el componente
electrónico IGBT.
Analiza el transistor bipolar de
puerta aislada (conocido por la
sigla IGBT, del inglés Insulated
Gate Bipolar Transistor) es un
dispositivo semiconductor.
49
Actitud
ante el
área
Área
Desarrolla sus prácticas en
forma ordenada.
Respeto escucha atentamente la
clase de electrónica.
Educativa Emplea los equipos
electrónicos del laboratorio de
electrónica.
Cuidado de los alumnos en los
equipos electrónicos.
50
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I. DATOS INFORMATIVOS:
ASIGNATURA : Circuitos Electrónicos
PROFESOR : Wilmer Ledesma De La Cruz
FECHA : 07/10/2019
II. TEMA : EL IGBT
III. OBJETIVOS :
Con esta hoja de información se propone que el estudiante pueda:
Aprende los conceptos básicos del IGBT y sus aplicaciones.
Analiza e interpreta la importancia del transistor bipolar IGBT.
Conoce las aplicaciones del IGBT en los circuitos electrónicos.
Desarrolla proyectos electrónicos usando el IGBT y sus aplicaciones.
IV. INFORMACIÓN:
El IGBT
Origen del IGBT
Akakiri y Yamagami de origen japonés, plantearon en 1968 un componente de cuatro
capas volteas semiconductoras P-N-P-N se encargan de controlar la puerta de un
semiconductor de óxido metálico, sin trabajo regenerativa. En el año 1978 crearon en
HOJA DE INFORMACIÓN
51
un controlador rectificador de silicio por Scharf y Plummer, este tipo de trabajo explicado
por los investigadores asimismo también fue descubierto por J. Jayant Baliga, en el año
1979, en un componente llamó MOSFET en el surco vertical con una zona drenaje
cambiada por zona de ánodo de tipo P. Plummer solicitó una patente para el componente
que planteó en 1978.
G: Puerta
C: Colector
E: Emisor
El IGBT.
Diferentes estructuras del IGBT
IGBT NPT: Abreviatura en inglés: No Punch through) es la estructura básica para lograr.
Utiliza chips más delgados, sin capa adicional de N +. La transconductancia será menor,
por lo que es más robusta en una situación de cortocircuito.
Sección de un IGBT throungh sin golpe.
52
El transistor IGBT PT punch through utiliza chips gruesos con una capa de tampón
N+. Al inicio una caída de voltaje menor en el estado operativo.
En la capa de amortiguación entre la zona epitaxia N y la zona de inyección P + del
colector se puede obtener un orden del campo eléctrico trapezoidal.
Encontramos transistores DS-IGBT (para Depletion Stop IGBT) o FS-IGBT (para
Field Stop IGBT), que presentan las mismas características que el PT-IGBT, con una capa
de búfer menos dopada. Esto permite utilizar las tecnologías básicas de fabricación de un
NPT-IGBT.
Sección de un IGBT punch through en tanchée.
Tecnología
Los IGBT se utilizan con técnicas equivalentes a las de los circuitos integrados (como los
MOSFET, pero a diferencia de los GTO y los tiristores de potencia). Esto se debe al
tamaño del chip está limitado a aproximadamente 1 cm 2, mientras que se sabe que fabrica
diodos monolíticos de 150 mm de diámetro (176 cm 2).
53
Module IGBT 3300 V 1200 A.
En escenarios de reposo, la corriente de Gate es casi nula como en la parte interna
del dispositivo, el terminal Gate se conecta a un capacitor. Esto hace pasar la corriente de
Gate cuando la tensión de entrada cambia de estado lógico y por este motivo el consumo
de las mofetas, todos los circuitos lógicos MOS crecen en proporción a la frecuencia de
conmutación.
Diferencias entre el IGBT y el MOSFET
Los transistores bipolares eran mejores transistores de potencia real, hasta que aparecieron
los MOSFET al inicio de los años 70. Los transistores BJT han pasado por mejoras en su
ganancia eléctrica en 1947 y todavía se usan ampliamente en circuitos electrónicos. Los
transistores bipolares poseen formas de apagado relativamente lentas y exhiben un
coeficiente de temperatura negativo que produce una ruptura secundaria. Los transistores
IGBT es básicamente un cruce entre los transistores bipolares y los MOSFET y además
está controlado por voltaje como los MOSFET.
Los transistores bipolares.
54
Características del IGBT
El transistor IGBT es apropiado para ser más veloz en conmutación de hasta 100 kHz y ha
remplazado al BJT en muchos procesos. Se emplea procesos de altas y medios energía
como origen conmutada, revisión de la tracción en motores e inducción. El transistor IGBT
es apropiado para ser más veloz en conmutación de hasta 100 kHz y ha remplazado
al BJT en muchos procesos.
Diferentes estructuras del IGBT
IGBT NPT: Abreviatura en inglés: No punch through) es la estructura básica para lograr.
Utiliza chips más delgados, sin capa adicional de N +. La transconductancia será menor,
por lo que es más robusta en una situación de cortocircuito.
Sección de un IGBT Troungh sin golpe.
55
Funcionamiento básico del IGBT
Un IGBT es principalmente un dispositivo MOSFET que controla un transistor de potencia
de unión bipolar con ambos transistores integrados en un solo componente de silicio,
también el MOSFET es el FET de puerta aislada más común, fabricado más comúnmente
por la oxidación controlada de silicio. El MOSFET universalmente funciona variando
electrónicamente el ancho del canal por el voltaje en un electrodo llamado puerta que se
encuentra entre la fuente y el drenaje, y está aislado por una capa delgada de óxido de
silicio.
Sección vertical de un IGBT.
Sección Vertical de un IGBT.
El comportamiento cortado es análogo al MOS cortado. En conducción será:
Transistores MOSFET y BJT internos a la estructura del IGBT.
56
Circuito equivalente aproximado del IGBT.
Comparación VDs(ON) MOS-IBGT para misma BVDss..
57
Circuito equivalente del IGBT que contempla el tiristor parásito.
Encendido del IGBT
Al encendido del IGBT, la corriente de colector es controlada por el voltaje de la
compuerta emisor aplicado. Al inicia el proceso de encendido del IGBT para la carga es
con la corriente de salida, circulando a través del diodo antiparalelo del IGBT opuesto.
Presentamos un gráfico de ondas ideales del encendido de un IGBT, es decir sin
inductancia de lazo dc y un diodo “perfecto” que no tiene carga de recuperación reversa.
Encendido del IGBT.
58
Apagado del IGBT
Se muestran las formas de onda de voltaje de compuerta, corriente y voltaje del IGBT en el
apagado.
Apagado del IGBT.
59
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I. DATOS INFORMATIVOS:
ASIGNATURA : Circuitos Electrónicos
PROFESOR : Wilmer Ledesma De La Cruz
FECHA : 07/10/2019
II. TEMA : El IGBT.
“Encendido Electrónico con IGBT”
III. OBJETIVOS :
Con esta hoja de información se propone que el estudiante pueda.
Reconoce e identifica el funcionamiento del IGBT en un circuito electrónico.
Identifica como se emplea el transistor IGBT y lo aplican en el diseño de sus
proyectos electrónicos.
Conoce las caracterizas del IBGT y su aplicación utilizado en la práctica de circuitos
electrónicos.
IV. MATERIALES :
IGBT modelo G80N60
Bobina de encendido 12v.
Cable de alta tensión
Bujia de encendido
HOJA DE LABORATORIO Nº1
60
Regulador 7809
Timer 555
Resistencias 1K
Resistencias 10k
1 Condensador 4.7/50v
1 Potenciómetro 100k
6 Borneras
1 Disipadores1 Swith
1 Leds (Azul y Verde)
1 Diodo rectificador de 2 amperios
1 Perilla
1 Mica 50 alto x 50 ancho
V. Diseño del circuito electrónico.
Tema: “Encendido Electrónico con IGBT”
Este módulo de instrucción tiene la finalidad para explicar el encendido electrónico de
un automóvil que a continuación se detallara:
Utiliza una fuente de 12v, un regulador 7809 que alimentara al timer 555.
El timer se encargará de controlar a la compuerta del IGBT con una señal PWM.
El transistor IGBT se encargará de amplificar la señal y a su vez controlando a la
bobina de encendido del primario.
La bujía es el punto final de la combustión interna de un motor al encender la chispa.
61
Circuito “Encendido Electrónico con IGBT”
Circuito “Encendido Electrónico con IGBT”.
Principales componentes del circuito electrónico.
El IGBT G8ON60. BOBINA DE ENCENDIDO.
BOBINA DE ENCENDIDO
IGBT G80N60
62
Bujia.
Circuito encendido electrónico con IGBT con sus componentes.
BUJIA
Circuito principal
63
VI. PROCEDIMIENTO PRÁCTICO :
En esta práctica se va estudiar el funcionamiento del IGBT en el encendido de motor
y su aplicación en el desarrollo de proyecto electrónico.
Todos los dispositivos serán montados en un protoboard unidos por cables de conexión
y alimentado por una fuente de 12v. El esquema del amplificador se puede observar
en la hoja de información.
VII. FUNDAMENTACIÓN
Es un dispositivo semiconductor de gran capacidad que generalmente es utilizado en
sistemas o aparatos que requieren circuitos de electrónica realmente potentes y con
velocidades de conmutación de hasta 20 KHz. Aunque no seamos conscientes de ello,
los IGBT nos acompañan en todo momento y han sido claves en el desarrollo de la
electrónica de potencia. Sus aplicaciones principales se centran en los sectores de:
control de motores, sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de soldadura,
iluminación de baja frecuencia y alta potencia.
VIII. CUESTIONARIO
1 ¿Cuál es el origen del IGBT y como estaban construidos?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2 ¿Qué diferencia existe entre IGBT y MOSFET?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
64
________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
3 ¿Qué es una bobina y como trabaja en el circuito?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
______________________________________________________________..__________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
4 ¿Cómo trabaja la bujía en el circuito y cuál es su voltaje?
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
“TU MEJOR ESFUERZO VALE POR SIEMPRE, PERSEVERA Y TRIUNFARÁS”
65
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EVALUACIÓN
Apellidos y nombres: ……………………………………………………………………
Especialidad: ……………..…………Promoción: ………. Fecha: ……………NOTA:
Lee a continuación cada una de las preguntas y responde en forma concisa y breve.
1. Dibujar el diagrama o símbolo de un IGBT. (4 puntos)
2. Identifica los pines del esquema de la configuración interna de un IGBT: (4 puntos)
3. ¿Qué función cumplen los siguientes componentes electrónicos? (4 puntos)
Potenciómetro : ______________________________________________________
Timer : ______________________________________________________
Diodo : ______________________________________________________
Fuente : ______________________________________________________
66
4. Identifica que dispositivo electrónico se está utilizando como entrada al circuito. (4
puntos)
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
5. Analiza y describe el proyecto desarrollado en el laboratorio y cuál sería su utilidad según
tu caso. (4 puntos)
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
“Confía en tu instinto”
67
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LISTA DE COTEJO
Docente Ledesma De La Cruz, Wilmer
Tema El IGBT
Indicador Utiliza correctamente el IGBT y sus aplicaciones
Curso Circuitos electrónicos. Prom. 2019 E2 Fecha 07/10 /2019
Nº
de
ord
en
Apellidos y Nombres
Iden
tifi
ca c
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ecta
men
te e
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r (0
-4)
Iden
tifi
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(0-4
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Cre
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el
ampli
fica
do
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)
Pu
nta
je T
ota
l
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
68
Ficha de metacognición
_________________________________________
_________________________________________
______________________
______________________
______________________
¿Cómo
puedo utilizar
lo
aprendido? ¿Qué he aprendido?
¿Qué ha resultado fácil,
difícil y novedoso?
¿Cómo lo
he aprendido?
¿Cómo puedo utilizar lo
aprendido?
¿Para qué me ha servido?
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
_________________________________________
69
Diapositivas del módulo del IGBT
70
71
Conclusiones
Según estudios realizados muestran el procedimiento de un interruptor fabricado con dos
transistores acoplados en forma paralela. Conociendo la importancia que tiene el
convertidor la aplicación de un control de reparto equitativo de la corriente. Las
consecuencias obtenidas muestran un ligero acrecentamiento de las pérdidas del interruptor.
Conocemos que el control proviene sobre la tensión del transistor (VGE) y fundamento que
la tensión VCEsat depende de dicha tensión, entiende lógico que se provoque una
ampliación de las pérdidas del interruptor. Hallamos una rebaja de la tensión VGE
produciendo un aumento de la tensión VCEsat aumentando las pérdidas de conducción
(Pct) en el conjunto de transistores, sin apropiación, los resultados logrados no permiten
identificar este efecto como el causante de dichas pérdidas.
Los transistores IGBT se ocupan de conmutar la energía eléctrica en automóviles
eléctricos, refrigeradores de velocidad variable, aires acondicionados, trenes y varios
dispositivos modernos; en particular, en aquellas aplicaciones que exigen una conmutación
rápida.
La validez energética del interruptor se ve equivalentemente afectada si el nivel de
tensión de aceleración de los transistores es menor, aun siendo igual en los dos transistores.
Mayor es la tensión de control, mejorar la utilidad del interruptor.
En una disposición normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión
base-colector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor
pueden cruzar la barrera de potencial emisor-base y alcanzar a la base.
72
Recomendaciones
Cuando los diseñadores requieren de una alta eficiencia y de transistores de
conmutación rápida, el semiconductor de potencia de tres terminales del transistor
bipolar de puerta aislada (IGBT) resulta adecuado. Estos dispositivos de estado sólido
habilitan o detienen el flujo de alimentación en los estados "activo" e "inactivo"
mediante la aplicación de tensión a un componente del semiconductor y la
modificación de sus propiedades, ya sea para bloquear o crear una ruta eléctrica.
Suelen utilizarse en aplicaciones de alta frecuencia de potencia media a elevada.
Cuando vamos a comprar un transistor IGBT, tómese su tiempo para pensar los
subsiguientes puntos a tener en cuenta primero el fabricante de renombre para Transistores
IGBT, las buenas marcas asimismo suelen ser buenos productos, informe de ensayo están
comentarios serios sobre transistores IGBT, las buenas críticas no sólo elogian un producto,
sino que asimismo cuentan posibles fallas y ver el resultado de la experiencia viene de los
probadores de Alemania a transistores IGBT, Aquí puede estar seguro de que ha elaborado
las ensayos de forma independiente.
Para lograr el mejor producto para usted, debe manejar la lista de comprobación para
contrastar y evaluar los productos transistores IGBT.
73
Referencias
Muhammad, R. (2004). Electrónica de Potencia, Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones.
México: Pretince Hall.
Lutz, J, Schlangenotto, H, Schlangenotto, Uy De Doncker, R. (2018). Semiconductor
Power Devices. Physics, Characteristics, Reliability, Segunda Edición. Germany:
Springer.
Mohan, N., Robbins, William. y Undeland, T. (1995). Power Electronics Converters,
Applications and Design, Segunda Edición. New York.: JOHN WILEY & SONS INC
Khanna, K. (2003). IGBT The Insulated gate bipolar transistor (IGBT). Piscataway: Nueva
Jersey: IEEE Press; Hoboken, NJ: Wiley-Interscience,
Mohan, N. (2009). Electrónica de Potencia. Convertidores, aplicaciones y diseño.
México: Mc Graw Hill; 2009.
74
Apéndices
Apéndice A: Glosario de términos
Bujía : La bujía es el dispositivo que provoca el encendido de la mezcla de
combustible y oxígeno en los cilindros, mediante una chispa, en un
motor de combustión interna de encendido.
C.A. : Corriente Alterna.
C.C. : Corriente continua.
Condensador : Es un condensador eléctrico es conocido comúnmente con el
anglicismo capacitor. Es un dispositivo que se usa en electrónica y
electricidad siendo capaz de acumular energía que soporta el campo
eléctrico.
Frecuencia : La frecuencia es una magnitud que calcula la cantidad de veces que
se repite por unidad de tiempo de un fenómeno o un evento
periódico.
IGBT : Es un transistor bipolar de puerta aislada (conocido por la
sigla IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor).
Microcontrolador : Es un circuito integrado que incluye las memorias (RAM y ROM),
una unidad central de procesamiento (CPU), conectores de entrada y
salida y periféricos.
Offset : Es un dispositivo electrónico que genera ondas sinusoidales
cuadradas y triangulares que se pueden aplicar a un circuito en el que
desea analizar los efectos que causan.
75
Onda : Es la longitud o la distancia real recorrida por una perturbación
durante un intervalo de tiempo dado
Pines : En electrónica, se conoce como un pin, una palabra inglesa cuyo
significado es "enchufe", al terminal o pin de cada uno de los toques
metálicos de un conector o componente de material eléctricamente
conductor.
Polaridad : En ingeniería eléctrica, la polaridad se conoce como la calidad que
permite distinguir los terminales de una batería, generadora u otras
máquinas eléctricas de CC.
Polarización : La polarización es el proceso y la consecuencia de polarizar. Este
verbo puede hacer alusión al cambio de luminosidad por reflexión o
refracción; la contribución de un voltaje particular a un dispositivo
electrónico; para disminuir la corriente eléctrica de una batería
debido a un aumento en la resistencia; o en el sentido más amplio, la
aparición de dos sentidos o direcciones opuestos.
Realimentación : La realimentación electrónica consiste en tomar la información
disponible en una parte del circuito e introducirla en otra parte del
circuito con el fin de influir sobre el comportamiento de la salida.
Saturación : En electrónica, también puede referirse a lo siguiente: saturación, el
estado de un circuito amplificador que proporciona una presión de
salida cercana a la utilizada para controlarlo. La señal de repleción en
un radar que tiene una amplitud más alta que el rango de medición
del modelo receptor.
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Sinusoidal : La corriente sinusoidal o sinusoidal es la más importante de las
corrientes alternas habituales, porque puede ocurrir como las únicas
resistencias, bonos y condensadores sin deformación.
Tensión : La tensión, voltaje o potencial es la presión que una fuente de fuerza
eléctrica o electromotriz. .
Voltaje : El voltaje es la cantidad física que conduce los electrones a lo largo
de un conductor en un circuito. Es decir, conduce energía eléctrica
con más o menos energía. Voltaje y Voltios son un homenaje a
Alessandro Volta, quien en 1800 inventó la batería Voltaic y la
primera batería química.
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Apéndice B: Diapositivas de sustentación
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