O que é um transistor bipolar de porta isolada?
No nível mais simples, um transistor bipolar de porta isolada (IGBT) é um comutador usado para permitir o fluxo de energia quando está ligado e para interromper o fluxo de energia quando está desligado. Um IGBT é um dispositivo de estado sólido, o que significa que não possui partes móveis. Em vez de abrir e fechar uma conexão física, ela é operada aplicando tensão a um componente semicondutor, chamado base, que altera suas propriedades para criar ou bloquear um caminho elétrico.
A vantagem mais óbvia para essa tecnologia é que não há peças móveis a serem desgastadas. A tecnologia de estado sólido não é perfeita, no entanto. Ainda existem problemas com resistência elétrica, requisitos de energia e até o tempo necessário para o comutador operar.
Um transistor bipolar de porta isolada é um tipo aprimorado de transistor projetado para minimizar algumas das desvantagens de um transistor de estado sólido convencional. Ele oferece baixa resistência e velocidade rápida ao ligar encontrado em um transistor de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor de potência (MOSFET), embora seja um pouco mais lento para desligar. Também não requer uma fonte constante de tensão, como fazem outros tipos de transistores.
Quando um IGBT é ativado, a tensão é aplicada ao portão. Isso forma o canal para a corrente elétrica. A corrente de base é então fornecida e flui através do canal. Isso é essencialmente idêntico ao modo como um MOSFET opera. A exceção é que a construção do transistor bipolar de porta isolada afeta como o circuito é desligado.
Um transistor bipolar de porta isolada tem um substrato diferente, ou material de base, que um MOSFET. O substrato fornece o caminho para o aterramento elétrico. Um MOSFET possui um substrato N +, enquanto o substrato de um IGBT é P + com um buffer N + na parte superior.
Esse design afeta a maneira como o comutador desliga em um IGBT, permitindo que ele ocorra em dois estágios. Primeiro, a corrente cai muito rapidamente. Segundo, ocorre um efeito chamado recombinação, durante o qual o tampão N + no topo do substrato elimina a carga elétrica armazenada. Com o interruptor desligado em duas etapas, leva um pouco mais do que com um MOSFET.
Suas propriedades permitem que os IGBTs sejam fabricados para serem menores que os MOSFETs convencionais. Um transistor bipolar padrão requer um pouco mais da superfície do semicondutor do que o IGBT; um MOSFET requer mais que o dobro. Isso reduz significativamente o custo para produzir IGBTs e permite que mais deles sejam integrados em um único chip. O requisito de energia para operar um transistor bipolar de porta isolada também é menor do que em outras aplicações.