¿Cómo controlar los IGBT?

En este artículo, le enseñaremos cómo controlar los IGBT, utilizarlos como interruptores, probar su funcionalidad, implementarlos en inversores y comprender su comportamiento con voltaje negativo. Al final, obtendrá una comprensión sólida de los aspectos prácticos del trabajo con IGBT.

¿Cómo controlar los IGBT?

Controlar un IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) implica gestionar su terminal de puerta con una fuente de voltaje. Estos son los pasos clave para controlar un IGBT:

1. Aplicación de voltaje de compuerta: Para encender el IGBT, aplique un voltaje de compuerta positivo generalmente entre 10 V y 20 V. Este voltaje crea un campo eléctrico que permite que la corriente fluya entre el colector y el emisor.
2. Circuito de accionamiento de puerta: un controlador de puerta es esencial para proporcionar el voltaje necesario para encender y apagar el IGBT. Gestiona la carga y descarga de la capacitancia de la puerta. Normalmente, se utiliza un voltaje de +15 V para encender el IGBT y un voltaje ligeramente negativo (como -5 V) para garantizar que se apague correctamente.
3. Proceso de apagado: Para apagar el IGBT, debe reducir el voltaje de la puerta a cero o a un valor negativo. El controlador de puerta normalmente descarga la capacitancia de la puerta para lograr esto.
4. Protección: Al controlar el IGBT, es importante utilizar circuitos de protección para protegerlo de picos de voltaje y corrientes excesivas. Por lo general, se emplean circuitos amortiguadores, diodos de sujeción o un sistema limitador de corriente para mejorar la confiabilidad durante la operación.

¿Cómo utilizar IGBT como conmutador?

Para utilizar un IGBT como interruptor, siga estos pasos:

1. Control de puerta: Los IGBT son dispositivos controlados por voltaje, por lo que el voltaje de la puerta es la clave para la conmutación. Aplique un voltaje de compuerta (alrededor de +15 V) para encender el interruptor, permitiendo que la corriente fluya entre el colector y el emisor.
2. Control de apagado: Para apagar el IGBT y detener el flujo de corriente, baje el voltaje de la puerta a cero o aplique un voltaje de puerta negativo (-5 V aproximadamente).
3. Conmutación de circuitos: los IGBT son ideales para su uso en aplicaciones de conmutación de alta potencia. En los circuitos de CC, el IGBT enciende y apaga la corriente según las señales de la puerta de entrada. En los circuitos de CA, el IGBT puede ser parte de una disposición más compleja para gestionar corrientes alternas.
4. Velocidad de conmutación: los IGBT cambian más lentamente en comparación con los MOSFET, lo que los hace adecuados para aplicaciones de frecuencia baja a media, especialmente en conversión de energía y control de motores.

¿Cómo comprobar IGBT?

Para probar un módulo IGBT, siga estos pasos:

1. Inspección visual: comience con una verificación física para detectar signos de daño como áreas quemadas, grietas o conexiones sueltas.
2. Prueba de diodo con multímetro:
   • Unión colector-emisor: configure el multímetro en modo diodo y coloque el cable positivo en el colector y el cable negativo en el emisor. Un IGBT sano debería mostrar una lectura de resistencia alta.
   • Unión puerta-emisor: Coloque el cable positivo en la puerta y el cable negativo en el emisor. Debería ver una pequeña caída de voltaje (normalmente de 0,6 a 1 V). Si está ausente o indica cero, la puerta IGBT podría estar dañada.
3. Prueba de carga de la puerta: aplique un pequeño voltaje (alrededor de 15 V) a la puerta y controle el flujo de corriente entre el colector y el emisor. Si el IGBT no cambia o permanece atascado, es posible que esté defectuoso.
4. Probador de IGBT: para pruebas más completas, se puede utilizar un probador de IGBT para verificar el voltaje umbral de la puerta, la ganancia de corriente y otros parámetros de rendimiento.

¿Cómo utilizar IGBT en un inversor?

Los IGBT desempeñan un papel crucial en el diseño de inversores, particularmente en aplicaciones de alta potencia, como accionamientos de motores y sistemas de energía renovable. Así es como se usan:

1. Configuración básica: en un inversor, los IGBT están dispuestos en una configuración de puente (comúnmente un puente H) para convertir CC en CA. La conmutación de IGBT controla la forma de onda de salida.
2. Control de conmutación: la puerta de cada IGBT se controla mediante señales de modulación de ancho de pulso (PWM). Estas señales alternan los IGBT entre los estados encendido y apagado, creando la forma de onda de CA deseada desde la entrada de CC.
3. Alta eficiencia: la baja pérdida de conducción y la alta capacidad de corriente de los IGBT los hacen muy adecuados para inversores de alta potencia donde la eficiencia y el rendimiento son cruciales.
4. Protección en inversores: Los IGBT en inversores requieren protección contra cortocircuitos, sobretensiones y corriente excesiva. Los circuitos de protección, como amortiguadores y resistencias de compuerta, suelen estar integrados en el diseño para evitar fallas durante la operación.

¿Puede el IGBT bloquear el voltaje negativo?

Los IGBT generalmente no están diseñados para bloquear voltajes negativos. Pueden bloquear voltajes positivos entre el colector y el emisor cuando la puerta está cerrada, pero para el bloqueo de voltaje negativo, es posible que se requiera un diodo externo o un diseño de circuito especial.

1. Características de bloqueo: La estructura IGBT le permite bloquear el voltaje directo entre el colector y el emisor cuando la compuerta no está activada. Sin embargo, no puede bloquear voltajes inversos o negativos.
2. Protección: Si su aplicación involucra voltajes negativos, debe usar un diodo de rueda libre o un diodo antiparalelo junto con el IGBT para protegerlo del voltaje inverso que podría dañar el dispositivo.

Esperamos que esta explicación le haya proporcionado una comprensión clara de cómo controlar, usar y probar los IGBT y cómo funcionan en diversas aplicaciones de energía, como los inversores. Creemos que este artículo le ayudará a mejorar su conocimiento sobre los IGBT y sus capacidades.