IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)


El transistor IGBT, de las siglas en inglés “Isolated Gate Bipolar Transistor”, es un
dispositivo híbrido, que aprovecha las ventajas de los transistores descritos en los apartados
anteriores, o sea, el IGBT reúne la facilidad de disparo de los MOSFET con las pequeñas
pérdidas en conducción de los BJT de potencia. La puerta está aislada del dispositivo, con lo
que se tiene un control por tensión relativamente sencillo. Entre el colector y el emisor se
tiene un comportamiento tipo bipolar, con lo que el interruptor es muy cercano a lo ideal. La
figura 2.24 muestra la simbología para este tipo de transistores.

Su velocidad de conmutación, en principio, similar a la de los transistores bipolares, ha
crecido en los últimos años, permitiendo que funcione a centenas de kHz, en componentes
para corrientes del orden de algunas decenas de Amperios.

Principio de funcionamiento y estructura


La estructura del IGBT es similar a la del MOSFET, pero con la inclusión de una capa
P+ que forma el colector del IGBT, como se puede ver en la figura 2.25.
Gracias a la estructura interna puede soportar tensiones elevadas, típicamente 1200V
y hasta 2000V (algo impensable en los MOSFETs), con un control sencillo de tensión de
puerta. La velocidad a la que pueden trabajar no es tan elevada como la de los MOSFETs,
pero permite trabajar en rangos de frecuencias medias, controlando potencias bastante
elevadas.

En términos simplificados se puede analizar el IGBT como un MOSFET en el cual la
región N- tiene su conductividad modulada por la inyección de portadores minoritarios
(agujeros), a partir de la región P+, una vez que J1 está directamente polarizada. Esta mayor
conductividad produce una menor caída de tensión en comparación a un MOSFET similar.

El control del componente es análogo al del MOSFET, o sea, por la aplicación de una
polarización entre puerta y emisor. También para el IGBT el accionamiento o disparo se hace
por tensión.

La máxima tensión que puede soportar se determina por la unión J2 (polarización
directa) y por J1 (polarización inversa). Como J1 divide 2 regiones muy dopadas, se puede
concluir que un IGBT no soporta tensiones elevadas cuando es polarizado inversamente.
Los IGBT presentan un tiristor parásito. La construcción del dispositivo debe ser tal
que evite el disparo de este tiristor, especialmente debido a las capacidades asociadas a la
región P. Los componentes modernos no presentan problemas relativos a este elemento
indeseado.

En la figura 2.26 se muestra la característica I-V del funcionamiento de un IGBT.
El IGBT tiene una alta impedancia de entrada como el MOSFET, y bajas pérdidas de
conducción en estado activo como el Bipolar, pero no presenta ningún problema de ruptura
secundaria como los BJT.

El IGBT es inherentemente más rápido que el BJT. Sin embargo, la velocidad de
conmutación del IGBT es inferior a la de los MOSFETs.