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¿Qué es un transistor bipolar de puerta aislada?

En su nivel más simple, un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un interruptor utilizado para permitir el flujo de energía cuando está encendido y para detener el flujo de energía cuando está apagado. Un IGBT es un dispositivo de estado sólido, lo que significa que no tiene partes móviles. En lugar de abrir y cerrar una conexión física, se opera mediante la aplicación de tensión a un componente semiconductor, llamada la base, que cambia sus propiedades para crear o bloquean una ruta eléctrica.

La ventaja más obvia de esta tecnología es que no hay partes móviles que se desgasten. La tecnología de estado sólido no es perfecto, sin embargo. Todavía hay problemas con resistencia eléctrica, requisitos de potencia, e incluso el tiempo requerido para el interruptor para operar.

Un transistor bipolar de puerta aislada es un tipo mejorado de transistor diseñado para minimizar algunas de las desventajas de un transistor de estado sólido convencional. Ofrece la baja resistencia y velocidad rápida al conectar encontrado en un poder de metal-óxido-semiconductor de efecto de campo transistor (MOSFET), aunque es un poco más lento para apagar. También no requiere una fuente constante de tensión de la forma de otros tipos de transistores hacen.

Cuando un IGBT está activado, se aplica tensión a la puerta. Esto forma el canal para la corriente eléctrica. La corriente de base se suministra entonces y fluye a través del canal. Esto es esencialmente idéntico a cómo funciona un MOSFET. La excepción a esto es que la construcción de la puerta aislada transistor bipolar afecta a cómo el circuito se apaga.

Un transistor bipolar de puerta aislada tiene un sustrato diferente, o material de base, de un MOSFET. El sustrato proporciona la ruta de acceso a la tierra eléctrica. Un MOSFET tiene un N + sustrato, mientras que el sustrato de un IGBT es P + N + con un tampón en la parte superior.

Este diseño afecta a la forma en que el interruptor se apaga en un IGBT, permitiendo que se produzca en dos etapas. En primer lugar, la corriente cae muy rápidamente. En segundo lugar, un efecto llamado recombinación se produce, durante el cual el N + tampón en la parte superior del sustrato elimina la carga eléctrica almacenada. Con el interruptor de apagado ocurre en dos pasos, se tarda un poco más largo que con un MOSFET.

Sus propiedades permiten IGBTs que se fabrican para ser más pequeño que MOSFETs convencionales. Un transistor bipolar estándar requiere ligeramente más área de superficie del semiconductor que el IGBT; un MOSFET requiere más de dos veces como mucho. Esto reduce significativamente el costo para producir IGBTs y permite más de ellos para ser integrados en un solo chip. El requisito de potencia para el funcionamiento de un transistor bipolar de puerta aislada también es menor que con otras aplicaciones.