Quando i progettisti richiedono un’elevata efficienza e transistor a rapida commutazione, il semiconduttore di potenza a tre terminali IGBT (transistor bipolare a gate isolato) rappresenta la scelta ottimale. Questi dispositivi a stato solido consentono o interrompono il flusso di potenza in stati “on” e “off”, applicando tensione a un dispositivo a semiconduttore, modificandone le proprietà in modo da creare o bloccare un flusso elettrico. Essi sono generalmente utilizzati in applicazioni con potenze medio alte e ad alta frequenza.
Mentre i transistor di potenza sono controllati dal flusso di corrente alla base, gli IGBT sono controllati dalla tensione sul gate. La corrente che passa nel gate di un IGBT è molto bassa dato che l’impedenza del gate di controllo è molto alta. Dato che la corrente necessaria per commutare un IGBT è così bassa, esso commuta più rapidamente di un transistor di potenza.
Figura 1: Circuito equivalente per gli IGBT. (Fonte: Wikipedia)
Gli IGBT commutano la corrente elettrica in auto, frigoriferi a velocità variabile, condizionatori, treni e diverse elettrodomestici moderni; essenzialmente in applicazioni dove è richiesta una commutazione estremamente veloce. Gli IGBT di grandi dimensioni, composti da molti dispositivi in parallelo, sono adatti a trattare correnti elevate, anche dell’ordine di centinaia di kilowatt.
Nelle applicazioni a basso voltaggio, sono utilizzati i MOSFET per via della bassa resistenza nello stato “on”. Tuttavia, nelle applicazioni ad alta tensione, l’efficienza dei MOSFET è inferiore a causa delle perdite incrementali di conduzione. Gli IGBT offrono, al pari di un MOSFET, un’alta impedenza d’ingresso e una velocità rapida di passaggio allo stato on ma con una bassa perdita di conduzione. I MOSFET sono tuttavia superiori agli IGBT durante la fase di passaggio allo stato off, dove sono più veloci. Gli IGBT rappresentano un soluzione efficace con frequenze d’esercizio comprese tra 1 e 50 kHz.
L’IGBT NGTB35N65FL2WG di ON Semiconductor offre una struttura Field Stop II Trench affidabile, economica ed efficiente e alte prestazioni per applicazioni complesse, fornendo una bassa tensione per lo stato on unitamente a una perdita minima di commutazione. Nella confezione del dispositivo è integrato un diodo soft e veloce di libera circolazione con una bassa tensione di soglia. Le applicazioni comprendono inverter solari, gruppi di continuità (UPS) e saldatrici.
Il FGH80N60FD2TU della Fairchild è un IGBT field-stop che offre prestazioni ottimali per applicazioni nel riscaldamento a induzione e PFC dove sono richieste valori bassi per conduzione e perdite di commutazione. Offre una dissipazione massima della potenza di 290000 mW, una tensione collettore emittore massima di 600 V e una tensione gate emittore di ±20 V. Il montaggio è a foro passante ed è disponibile in una confezione a tubo TO-247.
L’IGBT NGD8201ANT4G Ignition della ON Semiconductor, progettato specificatamente per applicazioni nel settore automobilistico, offre una circuiteria monolitica che integra ESD e protezione di bloccaggio da sovratensioni per l’utilizzo in applicazioni driver con bobina a induttanza. Gli utilizzi comprendono accensione, iniezione diretta di carburante e altri ambienti in cui sono richieste tensioni e correnti elevate. Le caratteristiche comprendono una confezione DPAK, per un ingombro ridotto atto a migliorare lo spazio su scheda, un gate compensato in temperatura, una bassa tensione di saturazione e una corrente impulsiva elevata.
L’IGBT a montaggio in superficie offre una dissipazione massima della potenza di 125000 mW, una corrente continua massima del collettore di 20 A e una tensione collettore emittore massima di 440 V con una tensione gate emittore massima di ±15 V.
La bassa tensione dello stato on di un IGBT è il vantaggio principale rispetto a un MOSFET di potenza. Questa caratteristica consente di avere chip di dimensioni inferiori per i medesimi valori nominali di tensione e corrente.