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O Transistor IGBT aplicado em eletronica de potencia

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implica que o dispositivo pode suportar por 1ms a 
corrente de coletor submetido ao valor de tensão de coletor-emissor 
correspondente ao ponto considerado. Superado este tempo, existe o 
perigo de sua destruição por excesso de temperatura. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 17 
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Como mostra a figura, as retas inclinadas são devido às limitações 
térmicas, dissipação de potência e capacidade de corrente dos terminais 
metálicos internos. 
0.1
10
100
1000
[A]
10 100 1000 10000
10 s
100 s
CC
100ms
10ms
1ms
tp =
cI
V = f (Ic)
CEV [V]
CEsat
Tcase = 25 C
T = 150 C
D = 0,01
SKM50GB100D
o
o
1
J
μ
μ
1
 
D = 
tp
tc
Ic
ICM
tp
t = 1/fc
t
di /dtc
 
Fig. 2.13.1.1 - Área de Operação Segura FBSOA para Pulsos Repetitivos 
(SEMIKRON). 
 
2.13.2 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA DE COMUTAÇÃO DE 
BLOQUEIO (RBSOA) 
A área de operação segura de comutação de bloqueio (turn-off 
switching SOA), também conhecida na literatura como RBSOA (Reverse 
Bias Safe Operating Area) [11], é mostrada no exemplo das Figs. 2.13.2.1 
e 2.13.2.2. Esta área é delimitada pela curva entre a corrente de coletor IC, 
e a tensão coletor-emissor VCE durante a comutação de bloqueio. A 
corrente de coletor não deve superar os limites por motivo de limitação de 
dissipação de energia [13]. O tempo da ocorrência simultânea de corrente 
de coletor IC e tensão coletor-emissor VCE durante o bloqueio não é 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 18 
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indicado pelo fabricante, pois os tempos de comutação são pequenos em 
relação aos pulsos que o IGBT pode suportar na área de operação segura 
FBSOA. Esta é a principal razão para que esta área seja do tipo retangular. 
Esta área é importante para projetar um circuito snubber e garantir a 
tensão coletor-emissor VCE dentro dos limites do RBSOA quando o IGBT 
é bloqueado. 
O tempo de descida da corrente de coletor depende do valor da 
resistência RGE, portanto o dispositivo é caracterizado como uma função 
de RGE para uma carga resistiva bem como para uma carga indutiva. Esta 
área é normalmente fornecida pelo fabricante. 
No IGBT, não há fenômeno de segunda avalanche envolvida no 
bloqueio como no caso do transistor bipolar BJT [6]. Como já foi 
mencionado, o fenômeno de segunda avalanche acontece devido a pontos 
sobreaquecidos causados pelo rápido crescimento da corrente de coletor 
sob condições de elevadas tensões e estes pontos causam a falha do 
dispositivo. 
Observa-se que os valores máximos de VCE e IC devem ser 
obedecidos, conforme a àrea de operação segura de bloqueio fornecida 
pelo fabricante do IGBT, incluindo-se no máximo valor de VCE as 
sobretensões que ocorrem durante o bloqueio. 
0 400 800 1200 1600
0
20
40
60
80
SKM50GB100D
V [V]
I C
[A]
CE
100
 
Fig. 2.13.2.1 - Área de Operação Segura de Comutação de Bloqueio (Semikron). 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 19 
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0.1
1
10
100
10 100 1000
V [V]CE
Ic [A]
V = 20VGE
IRGPH40F
1 10000
T = 125 Cj o
 
Fig. 2.13.2.2 - Área de Operação Segura de Comutação de Bloqueio, 
(International Rectifier). 
 
2.13.3 - ÁREA DE OPERAÇÃO SEGURA DE CURTO-CIRCUITO 
(SCSOA) 
A corrente de coletor no IGBT é limitada pela tensão de gate e sua 
transcondutância. O dispositivo é capaz de suportar correntes não 
repetitivas de curta duração de até 10 vezes o valor da corrente nominal 
(durante alguns microsegundos) [15]. 
A área é delimitada pela reta que indica a máxima corrente de curto-
circuito de coletor sob condições de tensão coletor-emissor VCE. A área de 
operação segura de curto-circuito não é geralmente mostrada pelos 
fabricantes dos dispositivos nos catálogos, mas existe um consenso 
generalizado de todos eles indicando que os dispositivos são capazes de 
suportar correntes de coletor de curto-circuito da ordem de 10 vezes a 
corrente nominal. Existem tecnologias que pelas características 
construtivas de fabricação permitem o grampeamento das correntes de 
curto-circuito em valores menores ao indicado anteriormente. Por exemplo 
os IGBTs da Powerex/Mitsubishi, para a classe de 600V grampeam em 
seis vezes a corrente nominal e para a classe de 1200V grampeam em oito 
vezes a corrente nominal, como é mostrado no exemplo da Fig. 2.13.3.1 
[13]. A proteção de curto-circuito deve ser ajustada para atuar num tempo 
menor ao indicado nas recomendações, devido aos retardos entre o sinal 
de comando e o efetivo bloqueio do interruptor. A proteção utilizada para 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 20 
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estas situações deve ser ativa; isto implica que o dispositivo deve ser 
bloqueado através do gate aplicando uma tensão nula. Para um melhor 
entendimento será descrita a área da Fig. 2.13.3.1 (classe 600V): um IGBT 
com estas características suporta um pulso de corrente de curto-circuito de 
coletor de seis vezes a corrente nominal por um tempo de 10μs sob 
condições de tensão VCE de 0 até 500V onde, passado este tempo, o 
dispositivo será destruído por sobre-aquecimento. 
 
200 400 600 800 1000 12000 100 200
3x
300 400 500 600
0
4x
1x
2x
3x
4x
5x
6x
7x
0
1x
2x
5x
6x
7x
9x 9x
8x8x
10x 10x
0
V [V]
cI 
CE
(NORM.)
Ic
(NORM.)
V [V]CE
CONDIÇÕES DE TESTE:
Vcc < 400V
Tj = 25 ~ 125 C
V = +/- 15VGE
t = 10us
CONDIÇÕES DE TESTE:
Vcc < 800V_
Tj = 25 ~ 125 C
V = +/- 15VGE
t = 10us
CLASSE 600V CLASSE 1200V
_
o
wo
w
 
Fig. 2.13.3.a - SOA de Curto-circuito para IGBTs da Classe 600V e 1200V 
(POWEREX). 
 
Normalmente, a capacidade de curto-circuito de um IGBT é testada 
pelos circuitos que são apresentados a seguir: 
Caso-1.- Quando o IGBT entra em condução (turn on) sob curto-
circuito existente. O dispositivo encontra-se em paralelo diretamente com 
uma fonte de alimentação como é mostrado na Fig. 2.13.3.2. 
Caso-2.- Quando no estado de condução normal do IGBT ocorre o 
curto-circuito, como é mostrado na Fig. 2.13.3.2. 
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Capítulo 2 - Definição de Parâmetros do IGBT 21 
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Em ambos os casos, a corrente de curto-circuito cresce rapidamente 
de uma maneira linear devido à presença das indutâncias parasitas da 
fiação. Devido à elevada densidade de corrente de curto-circuito, a 
temperatura de junção sobe e, como conseqüência, a transcondutância 
decresce provocando saturação da corrente de curto circuito. Deste modo, 
a partir de um valor de pico a corrente sofre uma redução, como mostram 
as formas de onda da Fig. 2.13.3.2. Para proteger o IGBT da destruição, a 
corrente deve ser bloqueada através do gate antes do término do intervalo 
de tempo tW (intervalo de duração de curto-circuito) recomendado. 
Ic
circuito teste
G
R
CEV
E
C
G
GEV
L1
Vcc
CEV
GEV
GE
E
GRG
L12
L11
Q1(on)
Q2(off)
Q3(on)Q4(off) curto
Vcc
Ic
dv/dt
VCE(pk)
VCE
ccV
cp
Ic
I
t
C(off)IGEV
W
Ic
VCE(pk)
tW
Vcc
Icp
dv/dt GEV
Q1(on)
circuito teste
a ) CURTO-CIRCUITO

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