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.
Mientras que la corriente que fluye hacia la base controla los transistores de potencia, la tensión controla los IGBT en su compuerta. La corriente que fluye por la compuerta del IGBT es muy reducida debido a que la impedancia de la compuerta de control es muy elevada. Como la corriente necesaria para conmutar un IGBT es tan poca, realiza una conmutación más rápida que un transistor de potencia.
Figura 1: Circuito equivalente para los IGBT (Fuente: Wikipedia)
Los 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. Los grandes IGBT, compuestos por varios dispositivos en paralelo, ofrecen una manipulación de alta corriente en el rango de cientos de kilowatts.
En aplicaciones de baja tensión, se utilizan MOSFET por su baja resistencia "activa". No obstante, en situaciones de alta tensión, los MOSFET presentan una menor eficiencia debido a las pérdidas en la conducción, cada vez más frecuentes. Los IGBT ofrecen la impedancia de entrada alta y la rápida velocidad de encendido de un MOSFET, pero una pérdida de conducción más baja. Sin embargo, los IGBT presentan una desventaja respecto de los MOSFET en lo que respecta a la etapa de apagado, en la cual suelen ser más lentos. Los IGBT representan una solución atractiva a frecuencias de operación entre 1 y 50 kHz.
El IGBT modelo NGTB35N65FL2WG de ON Semiconductor presenta una construcción Field Stop II Trench eficiente, sólida y redituable, y un alto nivel de rendimiento en aplicaciones exigentes, en las que ofrece una tensión baja en estado activo combinada con una mínima pérdida de conmutación. El dispositivo trae incorporado un diodo de rueda libre coembalado blando y rápido con una tensión directa baja. Entre las aplicaciones, hay inversores solares, suministros de energía ininterrumpida (UPS) y soldaduras.
El IGBT modelo FGH80N60FD2TU de Fairchild es un IGBT que ofrece un rendimiento óptimo para el calentamiento por inducción y aplicaciones de PFC, en los que son necesarios una baja conducción y pérdida en la conmutación. Ofrece una disipación de energía máxima de 290 000 mW, una tensión máxima del emisor colector de 600 V y una tensión máxima del emisor de compuerta de ±20 V. El montaje es de orificio pasante y se aloja en un paquete de tubo TO-247.
Diseñado especialmente para aplicaciones automotrices, el IGBT de encendido modelo NGD8201ANT4G de ON Semiconductor cuenta con un circuito monolítico que incorpora ESD y protección engrampada contra sobretensiones para su uso en aplicaciones de controlador inductivo de bobinas. Entre los usos, también se incluyen el encendido, la inyección directa de combustible y otros entornos de conmutación de alta tensión y alta corriente. Entre las características se encuentra un paquete DPAK que permite una pequeña huella para un mayor espacio amplio, una compuerta con compensación de temperatura, tensión de baja saturación y capacidad de corriente pulsada de alto voltaje.
El IGBT de montaje sobre superficie ofrece una disipación de energía máxima de 125,000 mW, una corriente máxima continua del colector de 20 A, una tensión máxima del emisor del colector de 440 V, con una tensión máxima del emisor de compuerta de ±15 V.
La tensión reducida en estado activo de un IGBT es la principal ventaja que presenta sobre un MOSFET de tensión. Esta característica deriva en un tamaño de chip más pequeño para el mismo valor nominal de tensión y corriente.