Conceito de projeto de transistor bipolar de porta isolada

O conceito de design do transistor bipolar de porta isolada (IGBT) concentra-se na integração das vantagens dos MOSFETs de potência e dos transistores de junção bipolar (BJT/GTR) para superar as limitações de um único dispositivo em aplicações de alta-tensão e alta-corrente.

 

Conceito de Design Central

Estrutura Composta, Complementando Pontos Fortes e Fracos
O IGBT combina a alta impedância de entrada, a operação{0}}acionada por tensão e as características de comutação rápida dos MOSFETs com a baixa queda de tensão de condução e as características de alta densidade de corrente dos BJTs, formando um dispositivo híbrido de "controle de tensão + condução bipolar".

 

Implementando Modulação de Condutividade para Reduzir Perda de Condução
Ao injetar portadoras minoritárias (buracos) na região de deriva N⁻, o efeito de modulação de condutividade reduz significativamente a-resistência do estado, permitindo que o IGBT mantenha uma tensão de saturação baixa (Vce(sat)) mesmo em alta tensão, muito superior aos MOSFETs com a mesma classificação de tensão.

 

Estrutura vertical de quatro{0} camadas (P⁺/N⁻/P/N⁺) otimiza a resistência à tensão e a capacidade de corrente
Utilizando uma estrutura de condução vertical, a região de deriva N⁻ espessa e levemente dopada suporta bloqueio de alta tensão, enquanto o coletor P⁺ injeta buracos com eficiência, equilibrando resistência de alta tensão e grande capacidade de transporte de corrente.

 

O controle de isolamento da porta MOS simplifica o circuito de condução
A porta controla a formação do canal através de uma camada de isolamento de SiO₂ e pode ser acionada apenas pela tensão da porta, exigindo potência de acionamento mínima e eliminando a necessidade de corrente de base contínua como um BJT.

 

Suporta alta frequência de comutação e alta densidade de potência
Em comparação com tiristores ou GTOs, os IGBTs têm velocidades de comutação mais rápidas (até a faixa de cem kHz) e com os avanços tecnológicos (como estruturas de micro-valas e de campo{2}}de sétima geração), a densidade de potência continua a aumentar, tornando-os adequados para cenários de alta-frequência e alta{4}}eficiência, como veículos de energia nova, inversores fotovoltaicos e unidades industriais de frequência variável.