Che cos'è un transistor bipolare a gate isolato?
Al suo livello più semplice, un transistor bipolare a gate isolato (IGBT) è un interruttore utilizzato per consentire il flusso di energia quando è acceso e per arrestare il flusso di energia quando è spento. Un IGBT è un dispositivo a stato solido, il che significa che non ha parti in movimento. Invece di aprire e chiudere una connessione fisica, viene gestito applicando tensione a un componente a semiconduttore, chiamato base, che modifica le sue proprietà per creare o bloccare un percorso elettrico.
Il vantaggio più evidente di questa tecnologia è che non ci sono parti mobili da consumare. La tecnologia a stato solido non è perfetta, però. Esistono ancora problemi con la resistenza elettrica, i requisiti di alimentazione e persino il tempo necessario per il funzionamento dell'interruttore.
Un transistor bipolare a gate isolato è un tipo migliorato di transistor progettato per ridurre al minimo alcuni degli svantaggi di un transistor a stato solido convenzionale. Offre la bassa resistenza e la velocità elevata all'accensione di un transistor a effetto di campo (MOSFET) a semiconduttore metallo-ossido di potenza, sebbene sia leggermente più lento da spegnere. Inoltre non richiede una fonte di tensione costante come fanno altri tipi di transistor.
Quando un IGBT è acceso, la tensione viene applicata al gate. Questo costituisce il canale per la corrente elettrica. La corrente di base viene quindi fornita e scorre attraverso il canale. Questo è essenzialmente identico a come funziona un MOSFET. L'eccezione a ciò è che la costruzione del transistor bipolare a gate isolato influenza il modo in cui il circuito si spegne.
Un transistor bipolare a gate isolato ha un substrato o materiale di base diverso da un MOSFET. Il substrato fornisce il percorso verso la terra elettrica. Un MOSFET ha un substrato N +, mentre un substrato IGBT è P + con un buffer N + in cima.
Questo design influisce sul modo in cui l'interruttore si spegne in un IGBT, consentendo che si verifichi in due fasi. Innanzitutto, la corrente cala molto rapidamente. In secondo luogo, si verifica un effetto chiamato ricombinazione, durante il quale il buffer N + sulla parte superiore del substrato elimina la carica elettrica immagazzinata. Con l'interruttore off in due passaggi, ci vuole un po 'più di tempo rispetto a un MOSFET.
Le loro proprietà consentono agli IGBT di essere prodotti per essere più piccoli dei MOSFET convenzionali. Un transistor bipolare standard richiede una superficie leggermente superiore a semiconduttore rispetto all'IGBT; un MOSFET richiede più del doppio. Ciò riduce significativamente i costi per la produzione di IGBT e consente l'integrazione di più di essi in un singolo chip. Anche il requisito di alimentazione per il funzionamento di un transistor bipolare a gate isolato è inferiore rispetto ad altre applicazioni.