Como controlar o IGBT?

Neste artigo vamos ensinar como controlar IGBTs, utilizá-los como chaves, testar sua funcionalidade, implementá-los em inversores e entender seu comportamento com tensão negativa. Ao final, você obterá uma compreensão sólida dos aspectos práticos do trabalho com IGBTs.

Como controlar o IGBT?

Controlar um IGBT (transistor bipolar de porta isolada) envolve gerenciar seu terminal de porta com uma fonte de tensão. Aqui estão as principais etapas para controlar um IGBT:

1. Aplicação de tensão na porta: Para ligar o IGBT, aplique uma tensão positiva na porta normalmente entre 10V e 20V. Esta tensão cria um campo elétrico que permite que a corrente flua entre o coletor e o emissor.
2. Circuito de acionamento de portão: Um acionador de portão é essencial para fornecer a tensão necessária para ligar e desligar o IGBT. Ele gerencia a carga e descarga da capacitância do portão. Normalmente, uma tensão de +15V é usada para ligar o IGBT e uma ligeira tensão negativa (como -5V) para garantir que ele desligue corretamente.
3. Processo de desligamento: Para desligar o IGBT, é necessário reduzir a tensão da porta para zero ou um valor negativo. O driver do portão geralmente descarrega a capacitância do portão para conseguir isso.
4. Proteção: Ao controlar o IGBT, é importante utilizar circuitos de proteção para protegê-lo de picos de tensão e correntes excessivas. Circuitos amortecedores, diodos de fixação ou um sistema limitador de corrente são normalmente empregados para aumentar a confiabilidade durante a operação.

Como usar IGBT como switch?

Para usar um IGBT como switch, siga estas etapas:

1. Controle de porta: IGBTs são dispositivos controlados por tensão, portanto a tensão da porta é a chave para a comutação. Aplique uma tensão de porta (em torno de +15V) para ligar a chave, permitindo que a corrente flua entre o coletor e o emissor.
2. Controle de desligamento: Para desligar o IGBT e interromper o fluxo de corrente, abaixe a tensão da porta para zero ou aplique uma tensão negativa na porta (-5V ou mais).
3. Circuitos de comutação: Os IGBTs são ideais para uso em aplicações de comutação de alta potência. Em circuitos DC, o IGBT liga e desliga a corrente de acordo com os sinais da porta de entrada. Em circuitos CA, o IGBT pode fazer parte de um arranjo mais complexo para gerenciar correntes alternadas.
4. Velocidade de comutação: Os IGBTs comutam mais lentamente em comparação com os MOSFETs, tornando-os adequados para aplicações de baixa a média frequência, especialmente na conversão de energia e controle de motores.

Como verificar o IGBT?

Para testar um módulo IGBT, siga estas etapas:

1. Inspeção Visual: Comece com uma verificação física em busca de sinais de danos, como áreas queimadas, rachaduras ou conexões soltas.
2. Teste de diodo com multímetro:
   • Junção Coletor-Emissor: Coloque o multímetro no modo diodo e coloque o fio positivo no coletor e o fio negativo no emissor. Um IGBT saudável deve mostrar uma leitura de alta resistência.
   • Junção portão-emissor: Coloque o fio positivo no portão e o fio negativo no emissor. Você deverá ver uma pequena queda de tensão (normalmente 0,6-1V). Se estiver ausente ou for zero, a porta IGBT pode estar danificada.
3. Teste de carga do portão: Aplique uma pequena tensão (em torno de 15V) ao portão e monitore o fluxo de corrente entre o coletor e o emissor. Se o IGBT não mudar ou permanecer preso, ele pode estar com defeito.
4. Testador IGBT: Para testes mais abrangentes, um testador IGBT pode ser usado para verificar a tensão limite da porta, o ganho de corrente e outros parâmetros de desempenho.

Como usar IGBT em um inversor?

Os IGBTs desempenham um papel crucial no projeto de inversores, particularmente em aplicações de alta potência, como acionamentos de motores e sistemas de energia renovável. Veja como eles são usados:

1. Configuração básica: Em um inversor, os IGBTs são dispostos em uma configuração de ponte (geralmente uma ponte H) para converter CC em CA. A comutação de IGBTs controla a forma de onda de saída.
2. Controle de comutação: A porta de cada IGBT é controlada por sinais de modulação por largura de pulso (PWM). Esses sinais alternam os IGBTs entre os estados ligado e desligado, criando a forma de onda CA desejada a partir da entrada CC.
3. Alta eficiência: A baixa perda de condução e a alta capacidade de corrente dos IGBTs os tornam adequados para inversores de alta potência onde a eficiência e o desempenho são cruciais.
4. Proteção em Inversores: IGBTs em inversores necessitam de proteção contra curtos-circuitos, picos de tensão e corrente excessiva. Circuitos de proteção, como amortecedores e resistores de porta, são normalmente integrados ao projeto para evitar falhas durante a operação.

O IGBT pode bloquear tensão negativa?

Os IGBTs geralmente não são projetados para bloquear tensões negativas. Eles podem bloquear tensões positivas entre o coletor e o emissor quando a porta está desligada, mas para bloqueio de tensão negativa, pode ser necessário um diodo externo ou um projeto de circuito especial.

1. Características de bloqueio: A estrutura do IGBT permite bloquear a tensão direta entre o coletor e o emissor quando o portão não está ativado. No entanto, ele não pode bloquear tensões reversas ou negativas.
2. Proteção: Se sua aplicação envolve tensões negativas, você deve usar um diodo de roda livre ou diodo antiparalelo em conjunto com o IGBT para protegê-lo de tensões reversas que podem danificar o dispositivo.

Esperamos que esta explicação tenha fornecido a você uma compreensão clara de como controlar, usar e testar IGBTs e como eles funcionam em diversas aplicações de energia, como inversores. Acreditamos que este artigo ajuda você a aprimorar seu conhecimento sobre IGBTs e suas capacidades.