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O Transistor IGBT aplicado em eletronica de potencia

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IGBT 7 
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-100 -50 0 50 100 150
0
0,2
0,4
1,2
0,6
0,8
1,0
1,4VGE(TH)
200
(Normalizado)
Temperatura de Cápsula [ C]o 
Fig. 2.5.1.1 - Tensão de Limiar VGE(th) em Função da Temperatura. 
 
2.6.2 - TENSÃO GATE-EMISSOR POSITIVA [+VGE] 
A máxima tensão gate-emissor positiva que é possível aplicar ao 
IGBT, é especificada no catálogo do dispositivo como um parâmetro 
máximo absoluto. Uma tensão gate-emissor positiva acima do valor da 
tensão de limiar VGE(th) , permite a entrada em condução do dispositivo. A 
mesma, não deve ser baixa para garantir uma tensão de saturação VCEsat 
reduzida e como conseqüência permitir baixas perdas de condução. 
Usualmente, a máxima tensão é especificada em +20V. Na prática, 
normalmente a tensão positiva gate-emissor é assumida em +15V por 
recomendação de muitos fabricantes para limitar a corrente de curto-
circuito. Não deve ser aplicada tensão positiva gate-emissor acima de 20V 
pelas características da camada de óxido de silício da região MOS, 
principalmente a espessura. A rigidez dielétrica desta camada é 
tipicamente de 80V motivo pelo qual, por confiabilidade, a tensão VGE é 
limitada em +20V. 
2.5.3 - TENSÃO GATE-EMISSOR NEGATIVA [-VGE] 
A tensão gate-emissor negativa durante a comutação de bloqueio ou 
estado bloqueado, não é necessária, porém, é recomendada por muitos 
fabricantes para situações tais como ruídos, dvCE/dt, oscilações devido aos 
elementos parasitas, que podem levar a uma entrada em condução não 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 8 
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desejada do dispositivo e, como conseqüência, podem provocar um curto-
circuito. Principalmente em conversores com topologia em ponte (meia 
ponte ou ponte completa) onde os interruptores do braço operam 
complementarmente é imprescindível a aplicação da tensão negativa de 
gate [13],[14]. Durante o bloqueio do dispositivo, ocorre uma elevada 
derivada de VCE (dvCE/dt) entre as terminais de coletor e emissor causando 
deslocamento de corrente pelas capacitâncias CCG e CGE (Fig. 2.5.3.1) e as 
mesmas ficam carregadas. Se a tensão VGE , resultante desta carga, superar 
o valor de tensão de limiar VGE(th), o componente entra em condução, o 
que é indesejável no instante da comutação, pois pode provocar curto-
circuito de braço. A utilização de tensão gate-emissor negativa garante a 
descarga da capacitância CGE , evitando a ocorrencia descrita. 
 
E
G
C
RG(off)
CCG
dv /dt
CGE
i = C *dv /dtCGCG
 CE
CE
 
Fig. 2.5.3.1 - Fluxo de Corrente através das Capacitâncias 
do IGBT devido à elevada dvCE/dt. 
 
2.6 - TENSÃO DE RUPTURA COLETOR-EMISSOR (BVCES) 
É a mínima tensão que pode provocar a ruptura dielétrica da junção 
coletor-emissor do IGBT durante a comutação e em estado bloqueado. 
Quando é superado este valor de tensão, pela presença de indutâncias 
parasitas e diC/dt ou aplicações de tensões de barramento acima deste 
valor, existe o perigo da destruição do dispositivo. Este detalhe deve ser 
considerado ao projetar o dispositivo para seu aplicação num conversor. A 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 9 
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tensão de reptura, BVCES, é normalmente especificada no catálogo em 
função da corrente de coletor (corrente de dispersão de coletor, expresada 
em μA) e tensão gate-emissor nula, para uma temperatura de 25oC. 
A tensão de ruptura coletor-emissor de um IGBT incrementa com a 
temperatura de junção, o que implica que o dispositivo apresenta 
coeficiente de temperatura positivo. Por exemplo para um IGBT de 600V, 
a tensão de ruptura é de 600V na temperatura de 25oC e de 550V na 
temperatura de -40oC [56]. 
2.7 - TENSÃO DE RUPTURA EMISSOR-COLETOR (BVECS) 
É a mínima tensão emissor-coletor, BVECS, que pode provocar a 
ruptura da junção coletor-base do transistor PNP do circuito equivalente e 
como conseqüência causar a destruição do IGBT. 
A capacidade de tensão emissor-coletor do IGBT depende muito do 
tipo de tecnologia. Os IGBTs da tecnologia PT (Punch Through) são 
destruidos com baixas tensões de emissor-coletor (menores que 60V), por 
outro lado, os IGBTs da tecnologia NPT (Non Punch Through) são 
capaces de suportar tensões coletor-emisor e emissor-coletor do mesmo 
valor absoluto. Estes casos são explicados com mais detalhes no capítulo 
de tipos de tecnologias de IGBTs. 
Quando são aplicados IGBTs da tecnogia PT em conversores, alguns 
cuidados devem ser tomados. Por exemplo no braço do conversor meia 
ponte da Fig. 2.7.1, a presença de indutâncias parasitas (LS1 e LS2) por um 
péssimo layout da ligação dos diodos em antiparalelo com os interruptores 
e presença de derivadas (diD1/dt e diD2/dt) durante as entradas em 
condução dos diodos, provocam tensões emissor-coletor que podem 
superar a tensão de ruptura (BVECS). No exemplo da Fig. 2.7.2, a tensão 
emissor-coletor sobre o IGBT é igual à tensão negativa da fonte alternada 
Vi, que facilmente pode superar a tensão de ruptura e provocar a 
destruição do dispositivo se for de tecnologia PT. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 10 
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s1L
D1
D2
T1
T2 s2L
i
 
Fig. 2.7.1 - Indutâncias Parasitas em Série com os Diodos 
 
AC
Vi Carga
S1
+ _VCE
 
Fig. 2.7.2 - Neste Tipo de Aplicação o PT-IGBT é Destruido. 
 
2.8 - CORRENTE CONTÍNUA NOMINAL DE COLETOR (IC) 
Esta corrente é especificada no catálogo do dispositivo em função da 
temperatura de cápsula. Ele define a máxima corrente contínua que pode 
fluir através do IGBT na condição da temperatura de cápsula especificada. 
Em uma aplicação é recomendado que pelo dispositivo circule uma 
corrente de 90% do valor nominal especificado, por questões de 
segurança. Quando é realizado o cálculo térmico do dispositivo, as 
recomendações térmicas indicadas no catálogo devem ser tomadas em 
consideração. 
Para facilitar o projeto, muitos dos fabricantes mostram a curva que 
relaciona a corrente de coletor em função da temperatura de cápsula como 
é mostrada no exemplo da Fig. 2.8.1. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 11 
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25 50 75 1000
0
25
50
75
100Ic
[A]
TC [ C]o
125 150
SKM40GB101D
V = 15VGE
 
Fig. 2.8.1 - Corrente de Coletor em Função da 
Temperatura de Cápsula (Semikron). 
2.9 - CORRENTE DE PICO DE COLETOR (ICM) 
É a máxima corrente absoluta de pico repetitiva que circula através 
do dispositivo em condições normais de operação. Normalente o valor 
desta corrente encontra-se acima do valor da corrente contínua nominal. A 
largua do pulso da corrente é limitada pela máxima temperatura de junção 
especificado no catálogo do dispositivo. Na aplicação do dispositivo, as 
correntes de pico ocorrem como conseqüências da recuperação do diodo 
de roda livre devido a uma carga indutiva ou características proprias de 
operação do conversor. 
2.10 - TENSÃO NOMINAL COLETOR-EMISSOR (VCE) 
Esta tensão é especificada no catálogo do dispositivo e por nenhuma 
razão deve ser excedido de seu valor. Os picos de tensão provocados pela 
presença de indutâncias

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