In questo articolo ti insegneremo i transistor bipolari a gate isolato (IGBT), inclusa la loro funzione, i problemi comuni e le tecniche di misurazione. Inoltre, esploreremo se i MOSFET possono essere utilizzati come alternative agli IGBT.
Cos’è una scheda IGBT?
Una scheda IGBT, nota anche come modulo IGBT o scheda driver IGBT, è un componente utilizzato nell’elettronica di potenza per ospitare e gestire più transistor IGBT. Questa scheda integra gli IGBT e i relativi circuiti per controllare in modo efficiente i sistemi elettronici ad alta potenza. Viene comunemente utilizzato in applicazioni che richiedono frequenze di commutazione elevate ed elevata potenza, come inverter, azionamenti di motori e alimentatori.
Cos’è l’IGBT e a cosa serve?
IGBT sta per transistor bipolare a gate isolato. È un dispositivo a semiconduttore che combina l’elevata impedenza di ingresso di un transistor ad effetto di campo (FET) con la bassa caduta di tensione e la capacità di gestione di correnti elevate di un transistor bipolare. Gli IGBT vengono utilizzati principalmente in:
- Inverter di potenza: conversione da CC a CA in applicazioni come inverter solari e gruppi di continuità (UPS).
- Azionamenti motore: controllo della velocità e della coppia dei motori elettrici in varie applicazioni industriali.
- Circuiti di commutazione: gestione di interruttori ad alta potenza in applicazioni quali saldatura e riscaldamento a induzione.
- Applicazioni ad alta frequenza: gestione efficiente della potenza nei dispositivi che funzionano ad alte frequenze.
Perché l’IGBT si rompe?
Gli IGBT possono guastarsi a causa di diversi fattori:
- Sovratensione: il superamento della tensione massima può causare rotture e guasti.
- Sovracorrente: una corrente eccessiva può causare surriscaldamento e danni all’IGBT.
- Stress termico: un raffreddamento inadeguato o temperature ambiente elevate possono causare instabilità termica e guasti.
- Problemi di azionamento del gate: segnali di azionamento del gate inadeguati o picchi di tensione possono causare malfunzionamenti o danni.
- Sollecitazione da commutazione: frequenze di commutazione elevate o elevati dV/dt (velocità di variazione della tensione) possono sollecitare il dispositivo e portare a guasti.
Come misurare gli IGBT?
La misurazione di un IGBT implica il controllo dei suoi parametri operativi per garantirne il corretto funzionamento:
- Tensione gate-collettore (V_GC): misura la tensione tra i terminali gate e collettore.
- Tensione collettore-emettitore (V_CE): misura la caduta di tensione tra i terminali del collettore e dell’emettitore quando l’IGBT è acceso.
- Tensione gate-emettitore (V_GE): misura la tensione tra i terminali gate ed emettitore.
- Corrente del collettore (I_C): misura la corrente che scorre attraverso il collettore quando l’IGBT è in conduzione.
- Comportamento di commutazione: verificare le caratteristiche di commutazione e i tempi di risposta corretti utilizzando un oscilloscopio.
È possibile utilizzare MOSFET al posto di IGBT?
Talvolta è possibile utilizzare MOSFET (transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo) al posto degli IGBT, ma hanno caratteristiche diverse:
- I MOSFET sono generalmente migliori per le applicazioni che richiedono frequenze di commutazione elevate e tensioni più basse grazie ai bassi requisiti di gate drive e ai tempi di commutazione rapidi.
- Gli IGBT sono preferiti per applicazioni ad alta tensione e corrente elevata grazie alla loro capacità di gestire livelli di potenza più elevati e minori perdite di conduzione ad alte tensioni.
In sintesi, sebbene MOSFET e IGBT abbiano applicazioni sovrapposte, la scelta tra loro dipende da requisiti specifici come tensione, corrente e frequenza di commutazione.
Ci auguriamo che questo articolo ti abbia aiutato a conoscere gli IGBT, i loro usi, i potenziali problemi e il loro confronto con i MOSFET.
