O Transistor IGBT aplicado em eletronica de potencia

(VGE), tomando como parâmetro 
uma determinada tensão coletor-emissor. Esta característica é 
normalmente apresentada por meio de uma curva, como são mostradas nos 
exemplos das Fig. 2.3.1 e Fig 2.3.2 para dois IGBTs de diferentes 
fabricantes. Estas curvas fornecem a informação do comportamento da 
corrente de coletor quando é aplicada uma determinada tensão entre gate-
emissor VGE ao dispositivo. 
5 100
0
25
50
75
100
I
[A]
VGE [V]
15
SKM50GB100D
20
C
VCE = 20V
 
Fig. 2.3.1 - Função de Transferencia (Semikron). 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 3 
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0.01
0.1
10
100
[A]
10 15 20 25
cI
GEV [V]
1
1000
jT = 150 C
o
jT = 25 C
o
CCV = 100V
IRGPH40F
 
Fig. 2.3.2 - Função de Transferencia (International Rectifier). 
 
2.4 - TENSÃO DE SATURAÇÃO [VCEsat] 
A tensão de saturação VCEsat do IGBT, é aquela tensão que 
permanece entre coletor-emissor durante o estado de condução [11]. Na 
literatura, esta tensão também é conhecida como tensão em estado de 
condução (on-state voltage) ou simplesmente queda de tensão direta 
(forward voltage drop). Para um valor de corrente de coletor, a tensão 
coletor-emissor VCE decresce quando a tensão entre gate-emissor VGE 
supera o valor de limiar, até finalmente atingir o valor de saturação VCEsat. 
O baixo valor da tensão de saturação VCEsat depende da tensão gate-
emissor, como se observa na Fig. 2.2.1 (Região de saturação). Valores 
muito elevados entre gate-emisssor (VGE>20V) não surtirão efeito sobre a 
redução da tensão VCEsat [8], constituindo uma espécie de saturação, como 
mostrado na Fig. 2.2.1. O valor de tensão de saturação, multiplicado pela 
corrente de coletor, fornece a potência dissipada no estado de condução 
(não inclui as perdas de comutação) [12]. A tensão de saturação VCEsat 
pode ter coeficiente de temperatura negativo, até um certo valor de 
corrente de coletor e positivo logo acima deste valor, ou simplesmente 
pode ser negativo ou positivo, dependendo da tecnologia do semicondutor. 
Estas características são examinadas nos seguintes ítens. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 4 
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2.4.1 - COEFICIENTE DE TEMPERATURA NEGATIVO DE VCEsat 
Diz-se que o IGBT tem coeficiente de temperatura negativo de 
VCEsat, quando para um incremento da temperatura da junção desde 25oC 
até sua temperatura máxima 125oC, por incremento de corrente de coletor, 
ocorre o decrescimento da tensão de saturação VCEsat entre coletor-
emissor. Este fenômeno é possível observar nas curvas do exemplo da 
Fig. 2.4.1, que relacionam a corrente de coletor e tensão de saturação 
coletor-emissor (VCEsat). Observando esta figura, o coeficiente de 
temperatura negativo ocorre desde zero até uma corrente de coletor de 
aproximadamente 110A. Portanto, em um dispositivo com características 
de coeficiente de temperatura negativo este fenômeno ocorre na faixa de 
corrente de coletor de zero até valores quase nominais especificados no 
catálogo (IC = ICnom). Como a característica de saída do IGBT resulta da 
combinação das características do transistor bipolar e MOSFET, o 
coeficiente negativo é o resultado do efeito das características do transistor 
bipolar equivalente[5]. O IGBT com estas características é conveniente, 
pois permite a redução das perdas de condução, que são função da tensão 
de saturação VCEsat. 
Por outro lado, os IGBTs com características de coeficiente de 
temperatura negativo são inadequados para a realização do paralelismo, 
pois provocam uma má distribuição da corrente de coletor durante a 
operação [4]. 
0 1 2 3 4 5
0
40
80
120
160
200
VCEsat [V]
Ic
[A] GEV = 15V
Tj = 25 C
Tj = 125 CO
O
 
Fig. 2.4.1.1 - Tensão de Saturação Coletor-Emissor de um Dispositivo 
com Coeficiente de Temperatura Negativo. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 5 
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2.4.2 - COEFICIENTE DE TEMPERATURA POSITIVO DE VCEsat
Diz-se que o IGBT tem coeficiente de temperatura positivo de VCEsat 
quando, para um incremento da temperatura da junção de 25oC até seu 
valor máximo 125oC devido ao incremento de corrente de coletor, 
acontece um crescimento da tensão de saturação VCEsat entre coletor-
emissor. Este fenômeno ocorre em toda a faixa de variação da corrente de 
coletor como é mostrado na Fig. 2.4.2.1. O dispositivo com coeficiente de 
temperatura positivo apresenta as mesmas características de um transistor 
MOSFET [5]. 
Os IGBTs com características de coeficiente de temperatura positivo 
são adequados para realizar o paralelismo, pois permitem uma boa 
distribuição da corrente de coletor [4]. O IGBT é conveniente para o 
paralelismo, sempre e quando o coeficiente de temperatura positivo seja 
dado em toda a faixa de variação da corrente de coletor. Isto implica que 
um IGBT com as características da Fig. 2.4.1.1 que apresenta coeficiente 
positivo somente para correntes acima do valor nominal não é 
conveniente. 
 
0 1 2 3 4 5
0
40
80
120
160
200
VCEsat [V]
Ic
[A]
6 7 8 9
GEV = 15V
Tj = 25 C
Tj = 125 C
O
O
 
Fig. 2.4.2.1 - Tensão de Saturação Coletor-Emissor de um Dispositivo 
com Coeficiente de Temperatura Positivo. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 6 
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Para um mesmo nível de corrente de coletor IC os dispositivos com 
coeficiente de temperatura positivo apresentam uma tensão de saturação 
(VCEsat) maior em comparação aos dispositivos com coeficiente de 
temperatura negativo como é observado nas Figs. 2.4.1.1 e 2.4.2.1 
respectivamente. 
É importante indicar que na atualidade existem tecnologias de 
IGBTs com coeficientes de temperatura negativo (comumente utilizados) 
fabricados pela Fuji, Powerex/Mitsubishi, International Rectifier, Harris, 
General Electric, SGS-Thompson, Toshiba, Hitachi, etc. Por outro lado, 
existem, tecnologias de IGBTs que apresentam coeficiente de temperatura 
positivo fabricados pela Siemens e Semikron [9], conforme é comentado 
no capítulo 4. 
2.5 - TENSÃO GATE-EMISSOR [VGE] 
A tensão gate-emissor VGE é aplicada ao terminal de gate utilizando-
se um circuito de comando projetado para fornecer a tensão recomendada 
no catálogo do IGBT. Quando a tensão aplicada ao gate é positiva e maior 
à tensão de limiar, o dispositivo entra em condução. Por outro lado, 
quando a tensão aplicada ao gate é menor à tensão de limiar o dispositivo 
é bloqueado. A seguir será explicada com maior detalhe sobre as tensões 
de polarização do IGBT. 
2.5.1. - TENSÃO DE LIMIAR [VGE(th)] 
A tensão de limiar (threshold voltage) é a mínima tensão gate-
emissor positiva que permite a entrada em condução do IGBT. Quando a 
tensão gate-emissor é incrementada desde zero, enquanto a mesma não 
superar o valor de limiar, o IGBT permanece bloqueado. As tensões de 
limiar nos dispositivos IGBT estão dentro da faixa de 2V a 5V. Esta 
tensão normalmente é especificada no catálogo do dispositivo e depende 
da corrente de coletor. A tensão de limiar gate-emissor decresce com o 
aumento da temperatura do dispositivo, como é mostrado no exemplo da 
Fig. 2.5.1.1 [11]. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do