Diotec abandera la transición de los diodos a la tecnología IGBT
Diotec ha ampliado su oferta más allá de los diodos: ahora ofrece MOSFET, IGBT y transistores SiC. Su última incorporación, el transistor IGBT, se presenta en encapsulados TO-247-3 y TO-247-4, y admite conmutaciones de hasta 75 A a 650 V y 40 A a 1350 V a una temperatura de chip de 100 °C. En el año 2025, la empresa prevé introducir transistores IGBT de 115 A a 650 V y 100 A a 1200 V.
Estructura de celda de un IGBT
La figura 1 muestra la sección transversal de la celda de un IGBT, que incluye una puerta vertical (zanja) y una capa de parada de campo que mejora la caída de campo eléctrico dentro del chip. La celda suele tener una anchura de 2 a 10 μm. El chip IGBT de silicio incorpora millones de estas celdas, lo que le permite conmutar corrientes de cientos de amperios. Para tensiones de conmutación de 650 V, el grosor típico del chip IGBT es de entre 65 y 75 μm.
«n–» representa un material de tipo n ligeramente dopado, «n» hace referencia a un dopaje estándar y «n+» indica un dopaje fuerte. Se aplica lo mismo a los semiconductores de tipo p.
El IGBT de la figura 1 se adapta fácilmente a la adición de un diodo antiparalelo. La región p+ inferior se divide en zonas alternas p+ y n+ conectadas al colector, lo que crea un diodo con la estructura p+, p–, n–, n, n+.
Circuito equivalente de un IGBT
«Rd» representa la resistencia de la región de deriva n–, mientras que «Rb» es la resistencia total de las regiones p– y p+.
El funcionamiento es sencillo: una tensión positiva entre la puerta (G) y el emisor (E) enciende el MOSFET Q1, con lo que se activa el transistor PNP Q2. El IGBT incluye también un transistor NPN parásito Q3.
En teoría, una corriente muy alta del emisor podría provocar una gran caída de tensión a través de Rb, y con ello, el disparo del transistor NPN parásito Q3. Si esto ocurriera, el transistor PNP Q2 permanecería activado (enclavamiento o latch-up), y la desactivación del MOSFET Q1 no detendría su funcionamiento, lo que podría provocar un sobrecalentamiento y el fallo del IGBT. Los IGBT modernos evitan este fenómeno optimizando los niveles de dopaje y la geometría de las regiones.
Encapsulado de 3 o 4 patillas
El chip IGBT se conecta al encapsulado mediante alambres de conexión que, como cualquier conductor, tienen resistencia e inductancia. Los conductores del encapsulado también introducen resistencia e inductancia adicionales en el circuito. Durante la conmutación, los cambios rápidos en la corriente generan una tensión a través de la inductancia (Ve = L*di/dt) que afecta a la tensión puerta-emisor (Vge). Durante la activación: Vge = Vg – Ve; esto ralentiza el proceso de activación y aumenta las pérdidas por conmutación. Del mismo modo, durante la desactivación: Vge = Vg + Ve, lo que ralentiza el proceso de desactivación y aumenta aún más las pérdidas.
El encapsulado TO-247-4L de 4 patillas añade un alambre de conexión y un conductor adicional para el emisor. El driver del IGBT se conecta entre la puerta (G) y este conductor. Dado que la corriente del driver es mucho menor que la corriente conmutada por el IGBT, la inductancia adicional del alambre tiene un efecto mucho menor sobre la Vge.
IGBT de Diotec
La gama actual de transistores IGBT de Diotec cuenta con una estructura con parada de campo y puerta en zanja, e incluye diodos antiparalelos.
Estos IGBT están disponibles en tres categorías de velocidad, identificadas con las letras S, M y F:
- S: hasta 20 kHz (conmutación resonante [ReSonant])
- M: hasta 50 kHz (conmutación a velocidad media [Medium])
- F: hasta 100 kHz (conmutación rápida [Fast]).
La gama actual de Diotec cuenta con 7 modelos de IGBT, y ya hay previsiones de comercializar 17 nuevos IGBT en un futuro próximo así como de añadir IGBT en encapsulados SMD.
Aplicaciones
- Calentamiento por inducción: para placas de cocina y aplicaciones industriales (S)
- Inversores de accionamientos de motor: para vehículos eléctricos y electrodomésticos (F)
- Inversores de energía solar (M)
- Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) (M)
- Calentamiento mediante calefactores de coeficiente de temperatura positivo (PTC) (M)
- Corrección del factor de potencia (PFC) (F)
- Máquinas de soldar (F, M)
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