O Transistor IGBT aplicado em eletronica de potencia

parasitas devem encontrar-se por debaixo deste 
valor. Quando existe picos de tensão de curta duração deve ser colocado 
um circuito de proteção para garantizar que a tensão sobre o interruptor 
este por debaixo do valor especificado. 
 
 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 12 
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2.11 - CAPACITÂNCIAS DO DISPOSITIVO 
As capacitâncias intrínsecas do IGBT aparecem pela presença das 
diferentes camadas de substratos que compõem a estrutura física. Estas 
capacitâncias são indesejaveis, pois causam problemas durante a operação 
do dispositivo. Entre os problemas estão: os atrasos durante as comutações 
em cada periodo de operação, proporcionam um caminho para a 
circulação de corrente pela aparecimento de derivadas de tensão entre as 
terminais de coletor e emissor provocando entrada em condução indevido 
do dispositivo (quando de trabalha com braços pode provocar curto-
circuito de braço). 
Em comparação ao MOSFET de potência, para uma mesma 
capacidade de corrente nominal, o IGBT apresenta capacitâncias de menor 
valor, portanto, durante as comutações necessitam menores valores de 
energia para carregar. 
As capacitâncias do dispositivo são: capacitância gate-emissor, 
capacitância gate-coletor (capacitância Miller) e capacitância coletor-
emissor. As capacitâncias especificadas nos catálogos são: capacitância de 
entrada (Cies), que resulta do paralelo entre as capacitâncias CGC e CGE, 
capacitância de saída (Coes), que é igual ao paralelo das capacitâncias CCE 
e CGC e a capacitância de transferência reversa (Cres), que é igual a CGC 
[13],[15]. As capacitâncias Cies, Coes e Cres são de fácil medição. 
A rapidez de comutação do dispositivo depende da carga e descarga 
da capacitância de entrada Cies, portanto, é conveniente que ela seja 
pequena. 
A Fig. 2.11.1 mostra a disposição das capacitâncias em torno dos 
terminais do dispositivo: 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 13 
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COLETOR
EMISSOR
GATE
C CE
C GE
C GC
CC
C
C
CC
C
C GEGCies = +
CE +=oes
res = GC
GC
 
Fig. 2.11.1 - Capacitâncias Intrinsecas do IGBT. 
 
As capacitâncias intrínsecas do IGBT normalmente são expresadas 
em função da tensão coletor-emissor VCE como são mostradas nas Figs. 
2.11.2 e 2.11.3. Observando as curvas podemos concluir que as 
capacitâncias incrementam seu valor quando a tensão coletor-emissor 
decresce. 
 
0.01
1
0,1
10
10 20 30
V [V]
CE
[nF] Cies
SKM50GB100D
0 40
Coes
Cres
C
 
Fig. 2.11.2 - Capacitâncias Tipicas vs. Tensão Coletor-Emissor, 
( Semikron). 
 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 14 
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0
400
1600
2400
10 100
V [V]
CE
[pF]
C ies
IRGPH40F
1
800
1200
2000
C
C oes
C res
V = 0V, f = 1MHzGE
 
Fig. 2.11.3 - Capacitâncias Tipicas vs. Tensão Coletor-Emissor 
(International Rectifier). 
2.12 - CARACTERÍSTICA DE CARGA DE GATE 
O IGBT além de ser um dispositivo controlado por tensão, necessita 
um pulso de corrente para carregar e descarregar las capacitâncias 
intrinsecas durante a entrada em condução e bloqueio. Esta carga 
normalmente é dada no catálogo do dispositivo na forma de curva com a 
denominação de característica de carga de gate. A área sombreada 
limitada por VGE(on) e VGE(off) representa a energia total requerida 
(ETOT=ΔQ∗ΔV) do circuito de comando de gate, onde a variação de tensão 
de gate-emissor é igual a: ΔV=VGE(on)-VGE(off). A área sombreada acima da 
curva representa a energia dissipada pelo resistor de gate, e a área 
sombreada por debaixo a curva representa a energia fluindo para o gate 
para carregar a capacitância de entrada. O circuito de comando deve ser 
capaz de fornecer energia total. Com a seguinte relação é possível 
encontrar a corrente de pico de gate em função de RG. 
I
V V
RGpk
GE on GE off
G
=
−( ) ( ) (2.1) 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 15 
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Na Fig. 2.12.1, a linha desde 0 até 1 mostra a carga fornecida à 
capacitância de entrada Cies em quanto a tensão gate-emissor cresce desde 
VGE(off) até aproximadamente a tensão de limiar VGE(th). Desde este ponto o 
dispositivo começa a entrar em condução e a corrente de gate tem 
alcançado seu máximo valor (IGpk). 
Desde o ponto 1 para o ponto 2, o efeito Miller toma lugar, a 
capacitância de entrada torna-se bastante grande e a tensão gate-emissor 
permanece constante mesmo com o circuito de comando fornecendo 
corrente ao gate. Durante este intervalo de tempo o circuito de comando 
deve fornecer uma corrente de carga elevada para o gate sem degradar a 
tensão VGE. 
Quando finaliza o efeito Miller, a tensão de gate incremente até 
atingir o valor final de VGE no ponto 3 (normalmente 15V) e o IGBT esta 
em completa condução. Para o Bloqueio do IGBT o ciclo de descarga é 
aproximadamente a mesma pórem inversamente. 
 
0 -800 -400 0 400 800
-12
-8
-4
0
4
Q [nC]
VGE
[V]
G
VGE(on) V = 1200VCE
1200 1600 2000
20
16
12
8
V = 800VCE
VGE(off)
resistor de gate
gate do IGBT
0
1
2
3
 
Fig. 2.12.1 - Característica de Carga de Gate (IGBT de 150A/1600V) [49] 
 
 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 16 
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2.13 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA (SOA) 
A área de operação segura (SOA - Safe Operating Area) de um 
interruptor IGBT define os limites da capacidade da máxima corrente de 
coletor IC e da máxima tensão coletor-emissor VCE sob certas condições de 
operação para não provocar a destruição por sobreaquecimento ou ruptura 
dielétrica do material semicondutor por sobretensão. Proteger os IGBTs 
contra distúrbios causados por sobrecorrentes e sobretensões é um tópico 
importante no desenvolvimento de circuitos de potência. Na prática, 
devem ser respeitadas as três condições de área de operação segura, que 
são descritas a seguir. 
2.13.1 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA DE POLARIZAÇÃO 
DIRETA (FBSOA) 
As curvas FBSOA (Forward Bias Safe Operating Area) que são 
mostradas no exemplo da Fig. 2.13.1, limitam a máxima corrente de 
coletor IC através do dispositivo para um determinado valor de tensão 
coletor-emissor VCE em estado de condução. O tempo de duração dessa 
máxima corrente não deve superar ao valor indicado por meio de (tP) por 
limitações termicas. Cada curva é limitante para um tempo de duração tP 
de um único pulso (ou pulsos repetitivos porém com razão cíclica muito 
baixa (D = 0,01), como mostra a Fig. 2.13.1.1 [11], [12]. Também existe a 
curva para um fluxo de corrente contínua CC, onde o tempo de duração do 
pulso de corrente de coletor é infinito (tP = ∞). É importante realçar que os 
pulsos de corrente de coletor com tempo de duração tP que fluem pelo 
dispositivo, sob determinado valor de tensão coletor-emissor VCE, não são 
repetitivos. Por razões térmicas, o valor da corrente de coletor não pode 
ser excedido, mesmo com boa refrigeração ou operação não repetitiva 
[12]. 
Para uma melhor compreensão, se for considerado um ponto sobre a 
reta de 1ms, isto