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Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia TEMA 2 Dispositivos semiconductores de potencia Lección 3: Introducción Lección.

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1 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia TEMA 2 Dispositivos semiconductores de potencia Lección 3: Introducción Lección 4: El diodo de potencia Lección 6: El rectificador controlado de silicio (SCR) Lección 5: Los transistores de potencia

2 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.1 El transistor bipolar de potencia Estructura de un transistor bipolar de potencia Características estáticas del transistor bipolar Características dinámicas del transistor bipolar Dispositivos Darlington. 5.2 El transistor de efecto de campo de potencia Estructura de un MOSFET de potencia Características estáticas Características dinámicas Cálculo de pérdidas Circuitos de gobierno de puertas Encapsulado y datos de catálogo de fabricantes. 5.3 El transistor de potencia bipolar de puerta aislada (IGBT) Estructura interna y circuito equivalente Características estáticas Características dinámicas Encapsuldos y datos de los fabricantes. TEMA 2 Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia

3 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.1 El transistor bipolar de potencia iBiB iCiC iEiE Base de pequeño espesor aumenta β Base de pequeño espesor menor tensión de ruptura SÍMBOLO DISEÑO: Especificar DOPADOS y ESPESORES (p.ej.: el espesor de la capa N - determina la tensión de ruptura) Lección 5: El transistor de potencia u CE u BE iBiB iCiC iEiE BASE EMISOR COLECTOR u CE u BE BASE EMISOR COLECTOR Presentan varias bases y emisores entrelazados, para evitar la concentración de corriente. montaje darlington Estructura vertical maximiza el área de conducción minimiza res. óhmica y térmica NPN PNP COLECTOR BASE EMISOR EM. EMISOR COLECTOR EMISOR BASE COLECTOR N + N - P N + 10µm 5-20µm µm 250µm át/cm át/cm át/cm 2

4 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia BV SUS : Máxima V CE sostenible con I C apreciable. V CE0 : u CE de ruptura con la base abierta (I B =0) I C : Corriente máxima de colector P MAX : máxima potencia capaz de ser disipada por el transistor. Las zonas de avalancha deben evitarse. 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia i b =0 i b1 i b2 i bMAX icic u ce SATURACIÓN CORTE V ce0 ZONA ACTIVA P MAX IcIc

5 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia La corriente de base provoca caídas de tensión interna en la zona de base que se suman a la tensión externa entre emisor y colector. Esta tensión es mayor cuanto menor sea β La concentración de corrientes provoca sobrecalentamientos localizados que desembocan en avalancha secundaria cuando I C es grande. Para minimizar este fenómeno los transistores de potencia tienen varias bases y emisores entrelazados. Avalancha secundaria 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia

6 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia La corriente de base provoca caídas de tensión interna en la zona de base que se suman a la tensión externa entre emisor y colector. Esta tensión es mayor cuanto menor sea β La concentración de corrientes provoca sobrecalentamientos localizados que desembocan en avalancha secundaria cuando I C es grande. Para minimizar este fenómeno los transistores de potencia tienen varias bases y emisores entrelazados. Avalancha secundaria 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia

7 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia SOAR: Zona de trabajo seguro. Depende de la frecuencia de trabajo. 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia icic u ce V ce0 P MAX I cMAX-DC S.O.A.R. Zona de avalancha secundaria continua 100us continua 100us

8 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.1 El transistor bipolar de potencia: SOAR Lección 5: El transistor de potencia

9 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Circuitos equivalentes estáticos. Para estimar la potencia disipada en el bipolar: Circuito equivalente en saturación u ce uBuB uBuB icic icic + V CC R CARGA SATURA- CIÓN CORTE SATURA- CIÓN 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia V CC uBuB V BE V CE-SAT R CARGA RBRB

10 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia En corte, las uniones PN de base-emisor y PN de base-colector están polarizadas inversamente. Ambas deben de tener un ancho mínimo según la tensión de ruptura que se desee. La base de los transistores de potencia es relativamente grande, y es pequeña, típicamente entre 5 y 20. Estáticamente, la potencia disipada en corte es prácticamente nula. Circuito equivalente en corte 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia V CC uBuB V CE R CARGA RBRB

11 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Encendido con carga resistiva. La gran cantidad de carga espacial necesita tiempo para ser creada y destruida. El paso de corte a saturación, y viceversa, es lento. Cuanta menos carga espacial más rápida será la conmutación pero también mayores serán las pérdidas estáticas. Con el fin de acelerar la conmutación y disminuir sus pérdidas, puede suministrarse una I B negativa para pasar de saturación a corte. u ce uBuB uBuB icic icic + V CC R CARGA 90% t dON 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia 10% t rise t ON

12 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Apagado con carga resistiva. u ce uBuB uBuB icic icic + V CC R CARGA 90% t st 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia 10% t fall t OFF t st : Tiempo de almacenamiento: el proceso de conducción continúa a costa de los portadores almacenados en la base. Las pérdidas en conmutación en el apagado son MAYORES que las del encendido (debido al tiempo de bajada)

13 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Cálculo de la potencia disipada en la conmutación: APAGADO u ce icic i C MAX 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia t fall V CC Durante t fall : Para calcular la potencia (W) basta multiplicar por la frecuencia. Para el caso de la potencia en el ENCENDIDO, se actúa de manera análoga.

14 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia En t 1 : En t 2 : (Mientras exista circulación de corriente por el diodo, soporta tensión nula). Apagado con carga inductiva: 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia u ce icic t off t2t2 t1t1 u ce uBuB icic V CC L i C MAX

15 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Encendido con carga inductiva: 5.1 El transistor bipolar de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia u ce icic t on t2t2 t1t1 u ce uBuB icic V CC L i RR V CC i C MAX En t 1 : En t 2 :

16 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Diodo externo para aplicaciones de medio puente y puente completo. Diodo externo para aumentar la velocidad de conmutación. Aumento de : TOT = 1 * La conmutación es aún más lenta. Características 5.1 El transistor bipolar de potencia: Montaje Darlington Lección 5: El transistor de potencia iBiB iCiC iEiE BASE EMISOR COLECTOR

17 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Estructura Lección 5: El transistor de potencia Alta impedancia de entrada (C GS ). SÍMBOLO Dispositivo fundamental como interruptor controlado por tensión. Suele usarse casi exclusivamente los de canal N. u DS u GS iGiG iDiD iSiS PUERTA FUENTE DRENADOR Compuesto por muchas células de enriquecimiento conectadas en paralelo. Siempre de ACUMULACIÓN; no tienen el canal formado. El sustrato está siempre conectado a la fuente. CANAL N CANAL P u DS u GS iGiG iDiD iSiS PUERTA FUENTE DRENADOR FUENTEPUERTA N N - NNNNNN P P P SUS ÓXIDO

18 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Si u GS es menor que el valor umbral, u GS TH, el MOSFET está abierto (en corte). Un valor típico de u GS TH es 3V. u GS suele tener un límite de ±20V. Suele proporcionarse entre 12 y 15 V para minimizar la caída de tensión V DS. V DS MAX : Tensión de ruptura máxima entre drenador y fuente. I D MAX : Corriente de drenador máxima (DC). R DS ON : Resistencia de encendido entre drenador y fuente. Lección 5: El transistor de potencia u GS u GS1

19 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia SOAR: Zona de trabajo seguro. Depende de la frecuencia de trabajo. Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: características estáticas iDiD u DS P MAX S.O.A.R. Zona limitada por R DS ON continua 100us continua 100us

20 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: S.O.A.R.

21 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Circuitos equivalentes estáticos. Circuito equivalente en corte u DS u GS u DS iDiD iDiD + V CC R CARGA SATURA- CIÓN CORTE SATURA- CIÓN 5.2 El MOSFET de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia V CC u DS R CARGA R DS ON Circuito equivalente en saturación V CC u GS R CARGA

22 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia La unión PN - está inversamente polarizada. La tensión drenador-fuente está concentrada en la unión PN -. La región N - está poco dopada para alcanzar el valor requerido de tensión soportada (rated voltage). Tensiones de ruptura grandes requieren zonas N poco dopadas de gran extensión. MOSFET en corte (u DS >0) 5.2 El MOSFET de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia u DS Zona de transición: La zona P-N - es un diodo polarizado inversamente.

23 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia MOSFET saturado (i DS >0) 5.2 El MOSFET de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia u GS Con suficiente u GS se forma un canal bajo la puerta que permite la conducción bidireccional. Aparece una resistencia R DS ON, entre drenador y fuente, que es suma de resistencias: canal, contactos de fuente y drenador, región N -... Cuando la tensión de ruptura aumenta, la región N - domina en el valor de R DS ON. En una zona poco dopada no hay muchos portadores, por lo que R DS ON aumenta rápidamente si la tensión de ruptura se quiere hacer de varios centenares de voltios. Un MOSFET es el interruptor preferido para tensiones menores o iguales a 500V. Más allá es preferible, en general, un IGBT. El MOSFET es capaz de conducir corrientes de pico bastante superiores a su valor medio máximo (rated current).

24 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia El diodo se polariza directamente cuando V DS es negativa. Es capaz de conducir la misma corriente que el MOSFET. La mayoría son lentos. Esto provoca picos de corriente de recuperación inversa que pueden destruir el dispositivo. Diodo parásito entre drenador y fuente. 5.2 El MOSFET de potencia: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia u DS u GS iGiG iDiD iSiS PUERTA FUENTE DRENADOR Puede anularse o sustituirse el diodo parásito mediante diodos externos rápidos. AnulaciónSustitución

25 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia C DS Los tiempos de conmutación del MOSFET se deben principalmente a sus capacidades e inductancias parásitas, así como a la resistencia interna de la fuente de puerta. C ISS : C GS + C GD Capacidad de entrada Se mide con la salida en cortocircuito. C RSS : C GD Capacidad Miller o de transferencia inversa. C OSS : C DS + C GD Capacidad de salida; se mide con la entrada cortocircuitada L D : Inductancia de drenador L S : Inductancia de fuente. Parámetros parásitos. Parámetros parásitos 5.2 El MOSFET de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia C GD C GS C DS C GD C GS LSLS LDLD C GS : Grande, constante C GD : pequeña, no lineal C DS : moderada, no lineal

26 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Conmutaciones con carga resistiva pura 5.2 El MOSFET de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia C DS C GD C GS V DD VAVA RGRG RDRD t1t1 t2t2 VAVA u GS u GS-TH iDiD u DS 90% 10% p MOS

27 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia EFECTO MILLER AuAu UIUI UOUO UFUF ZFZF EFECTO MILLER EN LA ENTRADA AuAu UIUI UOUO EFECTO MILLER EN LA SALIDA 5.2 El MOSFET de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia

28 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Conmutaciones con carga resistiva pura 5.2 El MOSFET de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia C DS C GD C GS V DD VAVA RGRG RDRD t1t1 t2t2 VAVA u GS u GS-TH iDiD u DS 90% 10% p MOS

29 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Conmutaciones con carga inductiva 5.2 El MOSFET de potencia: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia C DS C GD C GS V DD VAVA RGRG LDLD t1t1 t2t2 VAVA u GS u GS-TH iDiD u DS I RR p MOS

30 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Cálculo de la potencia disipada en la conmutación: APAGADO con carga resistiva u DS iDiD i D MAX 5.2 El MOSFET de potencia: Cálculo de pérdidas Lección 5: El transistor de potencia t fall V DD Durante t fall : Para calcular la potencia (W) basta multiplicar por la frecuencia. Para el caso de la potencia en el ENCENDIDO, se actúa de manera análoga.

31 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia EJEMPLO: 5.2 El MOSFET de potencia: Cálculo de pérdidas Lección 5: El transistor de potencia Evalúense las pérdidas en el MOSFET de R DS ON =0,55 W para el caso de que su tensión y corriente sean las de la figura. Hágase el cálculo cuando d=0,3 y con frecuencias de 10kHz y 150 kHz. u DS iDiD 5A 100 ns 150V 100 ns d·T (1-d)·T Puesto que T>>100ns, puede aproximarse

32 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia En t 1 : En t 2 : (Mientras exista circulación de corriente por el diodo, soporta tensión nula). Apagado con carga inductiva: 5.2 El MOSFET de potencia: Cálculo de pérdidas Lección 5: El transistor de potencia u DS iDiD t off t2t2 t1t1 V DD i D MAX

33 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia u DS iDiD t on t2t2 t1t1 i RR V DD i D MAX En t 1 : En t 2 : Encendido con carga inductiva: 5.2 El MOSFET de potencia: Cálculo de pérdidas

34 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 1.- Circuito para disminuir el efecto Miller. 2.- Los transistores de puerta son de señal y por tanto más rápidos. 3.- La resistencia de puerta, r, es muy pequeña (<10W) y se coloca para proteger la puerta de posibles picos de tensión. 4.- Las capacidades se cargan linealmente, con corriente constante. 5.- La potencia que maneja el circuito de gobierno es muy pequeña. Lección 5: El transistor de potencia Sin aislamiento 5.2 El MOSFET de potencia: Circuitos de gobierno de puerta (drivers) C DS C GD C GS +V CC V GG R r

35 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia Con aislamiento 5.2 El MOSFET de potencia: Circuitos de gobierno de puerta (drivers) 1.- Siempre hay un interruptor cerrado generándose una onda cuadrada sobre R. 2.- Cuando cierra el interruptor de abajo, en G y en S debe haber 0V. 3.- Cuando es el MOSFET quien se cierra, en su fuente aparecen 500V. 4.- En ese momento, para mantener el MOSFET cerrado, en puerta debe haber 515V. 5.- En general, en equipos de potencia todas las fuentes de tensión deben estar referidas a masa, pues provienen de VG. 6.- Se necesita una tensión superior a la propia VG. 7.- En la resolución de este problema, los circuitos de bomba de carga se han impuesto a los transformadores de impulsos. G S D R INT 500V

36 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia BOOTSTRAP 5.2 El MOSFET de potencia: Circuitos de gobierno de puerta (drivers) G S D R INT 500V D BOOT V CC C BOOT 1.- Al cerrarse el interruptor inferior, C BOOT se carga a 15V en un solo ciclo. 2.- Cuando en S hay 500V el diodo D BOOT impide que C BOOT se descargue; dicho diodo debe ser capaz de bloquear toda la tensión del circuito. 4.- Con dos transistores auxiliares se aplica la tensión de C BOOT a la puerta del MOSFET de potencia. 5.- CBOOT debe tener una capacidad muy superior a la de puerta para que apenas se descargue. Q G : carga de puerta V CC : 15V 1,5V: caídas de tensión en los transistores auxiliares 12V: tensión mínima de puerta

37 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia IRF510100V5,6A 0,54 5nC IRF540N100V27A 0,052 71nC APT10M25BVR 100V75A 0, nC IRF740400V10A 0,55 35nC APT4012BVR 400V37A 0,12 195nC APT5017BVR 500V30A 0,17 200nC SMM70N0660V70A 0, nC MTW10N100E 1000V10A 1,3 100nC ReferenciaV DS,MAX I D,MAX R ON Q G (típica) 47ns 74ns 50ns 40ns 67ns 66ns 120ns 290ns t c (típico) Lección 5: El transistor de potencia Algunos MOSFET de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Características reales

38 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Semitrans 2 Semitrans 1 TO247TO220TO3 Semitop 2 Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Encapsulados

39 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Caso real: IRF540N

40 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Caso real: IRF540N

41 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Caso real: IRF540N

42 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Caso real: IRF540N

43 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Caso real: IRF540N

44 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.2 El MOSFET de potencia: Caso real: IRF540N

45 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.3 El IGBT: Estructura Lección 5: El transistor de potencia Alta impedancia de entrada (C GS ). SÍMBOLO Estructura de MOSFET más una capa p+ de colector PT-IGBT. Los NPT-IGBT no tienen la capa N + PUERTA FUENTE DRENADOR Compuesto por muchas células de enriquecimiento conectadas en paralelo. Siempre de ACUMULACIÓN; no tienen el canal formado. El sustrato está siempre conectado a la fuente. CANAL N C B C E E G

46 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia BV CES : Tensión de ruptura colector emisor. I C : Corriente máxima de colector (en DC) I CM : Corriente máxima de colector (pulsada) P MAX : máxima potencia capaz de ser disipada por el transistor. V GETH : tensión puerta-emisor umbral. V CESAT : Tensión de saturación colector-emisor. Lección 5: El transistor de potencia u GE1 i C MAX icic u ce CORTE ZONA ACTIVA P MAX 5.3 El IGBT: Características estáticas u GE1 V ce0 SAT icic u GE V GE-TH

47 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.3 El IGBT: SOAR Lección 5: El transistor de potencia

48 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Apenas soporta tensión inversa, sólo unas decenas de voltios. PT-IGBT (Punch-Through IGBT) 5.3 El IGBT: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia Bloqueo Si u GE < u GE TH, no hay canal y el interruptor está abierto. La tensión u CE cae en la unión PN -. La zona P + está más intensamente dopada. V CE,MAX es igual que la tensión de bloqueo. NPT-IGBT (Non Punch-Through IGBT) G S D B C C E G E

49 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 5.3 El IGBT: Características estáticas Lección 5: El transistor de potencia Conducción Con V GE >V GE TH se forma canal. u CE de saturación cae en la unión P + N -. La mayor parte de la corriente final va por el MOSFET. NPT-IGBT (Non Punch-Through IGBT) G S D B C C E G E V CE SAT = 0,7 2 V. R·I D comparable con el MOSFET.

50 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Conmutaciones con carga resistiva pura 5.3 El IGBT: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia V DD VAVA RGRG RCRC t0t0 t4t4 VAVA u GE u GS-TH iCiC u CE p IGBT

51 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Conmutaciones con carga inductiva 5.3 El IGBT: Características dinámicas Lección 5: El transistor de potencia V DD VAVA RGRG L t0t0 t5t5 VAVA u GE u GS-TH iCiC u CE p IGBT

52 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Debe tenerse en cuenta la recuperación inversa del diodo. La conmutación dura más que t OFF. Encendido: La fórmula de las pérdidas es similar a la de un transistor bipolar Conmutaciones con carga inductiva 5.3 El IGBT: Cálculo de pérdidas en conmutación Lección 5: El transistor de potencia Apagado: Aparece el fenómeno de cola de apagado.

53 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Conmutaciones con carga inductiva 5.3 El IGBT: Cálculo de pérdidas totales Lección 5: El transistor de potencia

54 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Encapsulados

55 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

56 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

57 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

58 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

59 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

60 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

61 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia Lección 5: El transistor de potencia 5.3 El IGBT: Componente real: IRG4BC30K

62 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia CONCLUSIONES Lección 5: El transistor de potencia

63 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia CONCLUSIONES Lección 5: El transistor de potencia

64 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 1.- El transistor bipolar es un dispositivo en que la conducción se hace mediante portadores minoritarios. Esto se traduce en baja velocidad de conmutación: apenas unos pocos kHz. 2.- Al ser lento apenas se usa actualmente en aplicaciones de potencia. Para tensiones inferiores a 500 V ha sido sustituido por el MOSFET y para tensiones superiores por el IGBT. 3.- El MOSFET es un dispositivo en que la conducción se hace mediante portadores mayoritarios. Macroscópicamente esto se traduce en alta velocidad de conmutación. 4.- Por tanto puede conmutar a decenas y centenares de kHz. 5.- La resistencia de conducción directa está directamente relacionada con la tensión de bloqueo. CONCLUSIONES Lección 5: El transistor de potencia

65 Universidad de Oviedo Tema 2: Dispositivos semiconductores de potencia 6.- El MOSFET es el interruptor que actualmente presenta mejores características para tensiones inferiores a 500V. 7.- Existen dispositivos de 1000V, pero sólo son útiles para bajas potencias o bajas velocidades de conmutación. 8.- A la hora de seleccionar un MOSFET su parámetro más importante es R ON. 9.- El IGBT es un interruptor con características de control parecidas al MOSFET y características de salida similares al transistor bipolar Típicamente, el IGBT puede soportar miles de voltios y conducir centenares de amperios, conmutando a una frecuencia de decenas de kHz. Lección 5: El transistor de potencia CONCLUSIONES


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