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O Transistor IGBT aplicado em eletronica de potencia

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O Interruptor IGBT 
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1 
 
 
 
 
 
 
O TRANSISTOR IGBT 
APLICADO EM 
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 René P. Torrico Bascopé 
 Arnaldo José Perin 
 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
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INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
O Interruptor IGBT 
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2 
 
Os autores agradecem de maneira especial ao: 
Professor Carlos Alberto Canesin pelas valiosas sugestões e 
contribuições técnicas que foram importantes para a confecção deste livro. 
Professor Henrique Braga Carvalho pelas valiosas sugestões e 
revisão do manuscrito original. 
Engenheiro Cássio Guimaraes Lopes pela revisão do manuscrito 
original, colaboração no desenvolvimento de circuitos experimetais e 
editoração eletrônica dos manuscritos. 
Engenheiro Domingo A. Ruiz Caballero pelas valiosas sugestões e 
contrubuições técnicas necessárias para o enriquecimento do livro. 
Agradecimento profundo a todas as pessoas que trabalham no 
Instituto de Eletrônica de Potência - INEP, principalmente, aos 
professores Ivo Barbi, Denizar Cruz Martins, Enio Valmor Kassic, 
João Carlos Fagundes e, aos técnicos Pacheco e Coelho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PREFÁCIO 
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INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
O Interruptor IGBT 
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3 
Os dispositivos IGBTs de potência tem alcançado uma grande 
aplicação na área de eletrônica de potência como interruptor. Por esta 
razão e pela importância foi necessário estudar para permitir uma correta 
polarização em sua aplicação. Com uma correta polarização consegue-se 
reduzir os perigos de sua destruição por sobretensões e sobrecorrentes, 
assim como também, são reduzidas as perdas de comutação e condução 
melhorando o desempenho do conversor. Também foram explicadas as 
vantagens e desvantagens das tecnologias existentes atualmente no 
mercado para sua aplicação. 
Os transistores de alta freqüência MOSFETs e IGBTs são 
grandemente utilizados como interruptores de potência no 
desenvolvimento de conversores estáticos para o controle de fluxo de 
energia. Os conversores principalmente são aplicados em: acionamento de 
motores elétricos industriais; fontes de alimentação para equipamentos de 
computação, hospitalares, telecomunicações, etc. 
Os tópicos apresentados no livro são: física e principio de operação, 
definição de parâmetros, modelos de perdas é cálculo térmico, estudo de 
tecnologias, estudo de paralelismo, análise de proteção para evitar seu 
destruição e circuitos de comando para seu acionamento. 
O livro pode ser utilizado por engenheiros da indústria e estudantes 
de pós-graduação, para o projeto e manutenção de conversores estáticos. 
Também, pode ser utilizado como texto de complementação das 
disciplinas de eletrônica de potência dos cursos de graduação e pós-
graduação em engenharia elétrica. 
Com o livro procura-se fornecer uma ampla visão da operação do 
IGBT para seu bom desempenho em seu aplicação. 
Esperamos que este livro venha realmente a contribuir à área de 
eletrônica de potência deste país. 
 
Os Autores 
 
 
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INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
O Interruptor IGBT 
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SUMÁRIO 
 
1 - INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 3 
2 - ESTRUTURA BÁSICA ........................................................................................ 4 
2.1 - SÍMBOLO DO DISPOSITIVO ................................................................ 6 
3 - ANÁLISE DE OPERAÇÃO................................................................................. 7 
3.1 - CAPACIDADE DE BLOQUEIO REVERSO.......................................... 7 
3.2 - CONDUÇÃO DIRETA ............................................................................ 7 
3.3 - CAPACIDADE DE BLOQUEIO DIRETO ............................................. 8 
3.4 - FENÔMENO DE LATCH-UP ................................................................. 9 
4 - PARÂMETROS ELÉTRICOS DO IGBT .......................................................... 9 
4.1 - CARACTERÍSTICAS DE SAÍDA........................................................... 9 
4.2 - TENSÃO DE SATURAÇÃO [V
CEsat
] ...................................................... 10 
4.2.1 - COEFICIENTE DE TEMPERATURA NEGATIVO DE VCEsat 
...................................................................................................................................... 11 
4.2.2 - COEFICIENTE DE TEMPERATURA POSITIVO DE VCEsat . 11 
4.3 - TENSÃO GATE-EMISSOR [VGE]........................................................... 12 
4.3.1 - TENSÃO DE LIMIAR [V
GE(th)
] ................................................. 12 
4.3.2 - TENSÃO GATE-EMISSOR POSITIVA [+V
GE
] ....................... 13 
4.3.3 - TENSÃO GATE-EMISSOR NEGATIVA [-V
GE
] ..................... 13 
4.4 - CAPACITÂNCIAS DO DISPOSITIVO .................................................. 14 
4.5 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA (SOA) .............................................. 14 
4.5.1 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA DE POLARIZAÇÃO 
 DIRETA (FBSOA) .................................................................... 15 
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INEP - Instituto de Eletrônica de Potência - EEL - CTC - UFSC 
O Interruptor IGBT 
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4.5.2 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA DE COMUTAÇÃO 
 DE BLOQUEIO (RBSOA)........................................................ 16 
4.5.3 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA DE CURTO-CIRCUITO 
(SCSOA)....................................................................................................................... 17 
4.6 - TRANSCONDUTÂNCIA ........................................................................ 19 
4.7 - TEMPOS DE COMUTAÇÃO.................................................................. 20 
5 - CÁLCULO TÉRMICO DO DISPOSITIVO ...................................................... 21 
5.1 - ENERGIA DISSIPADA ........................................................................... 22 
5.2 - TEMPERATURA DE JUNÇÃO .............................................................. 24 
5.3 - RESISTÊNCIA TÉRMICA DO DISSIPADOR....................................... 26 
5.4 - PERDAS E CÁLCULO TÉRMICO PARA UM INVERSOR COM 
 MODULAÇÃO PWM SENOIDAL ..................................................... 31 
6 - ÁREA DE POTÊNCIA-FREQÜÊNCIA PARA APLICAÇÕES...................... 37 
6.1 - CRITÉRIO DE ESCOLHA DO IGBT ..................................................... 37 
7 - TECNOLOGIAS DE IGBTs E SUAS CARACTERÍSTICAS.......................... 38 
7.1 - ESTRUTURAS DOS IGBTs NPT E PT .................................................. 38 
7.2 - COMPARAÇÃO ENTRE OS IGBTs NPT E PT ..................................... 40 
8 - PARALELISMO DE IGBTs ................................................................................ 44 
8.1 - COMPORTAMENTO EM FUNÇÃO DAS TECNOLOGIAS................ 45 
8.2 - INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS ELÉTRICOS NA DISTRIBUIÇÃO 
 DA CORRENTE ...................................................................................... 46 
8.2.1 - EM ESTADO DE CONDUÇÃO................................................ 46 
8.2.2 - NA COMUTAÇÃO.................................................................... 47 
8.3 - INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS TÉRMICOS NA DISTRIBUIÇÃO

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