Los IGCT y ESBT son componentes de la familia de los tiristores como los SUS, SBS, Diacs, PUTS, SIDACs y LASCs abordados en los artículos anteriores (ART1031S, ART10321S y ART1033S) usados en el disparo de tiristores y también en otras funciones. En este artículo abordamos sus principios de funcionamiento.
IGCT
IGCT significa Integrated Gate Controlled Thyristor, O tiristores con puerta controlada integrada.
Es un dispositivo de la familia de los tiristores, destinado para los usos en control de energía. En la figura 1 tenemos la estructura del IGCT que tiene el mismo símbolo de SCR.
Como podemos observar el sistema de disparo que está formado por la compuerta (gate), contiene también el cátodo (cat) de ahí la denominación del dispositivo de "Integrated gate".
En este dispositivo, toda la corriente de cátodo se transfiere a la puerta rápidamente de modo que la juntura catódica se polarice casi instantáneamente en revés y el desligamiento del componente se reduzca al corte del transistor de NPN.
Una de las ventajas de este componente es que no requiere un circuito de amortiguación (snubber) para ser desconectado.
Otra ventaja está en el hecho de que el aumento de la compuerta es 1, ya que toda la corriente de ánodo se transfiere para la compuerta.
En la integración todavía tenemos que el IGCT y el diodo de la misma tensión de ruptura pueden integrarse sin problemas.
ESBT
El ESBT o Emitter-Switched Bipolar Transitor (Transistor Bipolar Conmutado) consiste en un dispositivo que presenta características ideales para los usos de la conmutación en los circuitos de alta tensión y de alta velocidad.
Estos nuevos dispositivos tienen una estructura combinada con una parte bipolar que permite obtener una tensión de ruptura muy alta, alcanzando el 2 500 V y una parte de MOSFET de potencia que permite una velocidad de conmutación muy alta, alcanzando 150 kHz en configuración en cascada.
La idea básica es dada por la conexión de un transistor bipolar en serie con un MOSFET de potencia, según lo demostrado en la figura 2.
En la figura 3 tenemos el símbolo adoptado para el nuevo dispositivo.
Cuando los dos transistores están conectados de la manera indicada, el disparo se realiza aplicando una tensión en la compuerta (gate) del MOSFET de potencia
Con esto, las pérdidas se obtienen en el estado ON son muy bajas debido a la baja tensión Vce(sat) dos transistores bipolares en relación de la Vds(on) de los Transistores MOSFETs.
También es posible minimizar las pérdidas de conmutación debido a la velocidad mucho más alta de conmutación de los MOSFETs de potencia en comparación con los tiempos de desligamiento largos (TS + TF) de un transistor bipolar.
Para entender cómo funciona un transistor analizamos los estados en los que está encendido y apagado, reemplazando el MOSFET de conmutación con una tecla, como se muestra en la figura 4.
En este dispositivo la señal de control, que hace la conmutación del dispositivo, no se aplica a su base, sino en el emisor. La base del transistor se polariza de manera fija para determinar la corriente principal en el dispositivo.
Debido a que esta corriente es fija, no influye en la conmutación del dispositivo.
Entonces, quién determina la velocidad de conmutación es la acción del MOSFET.
Como la caída de tensión en este dispositivo es muy baja, en comparación con el VCE (sat) del transistor bipolar más las pérdidas de entrada la saturación se produce rápidamente.
La llave es el MOSFET que es controlado por una señal externa aplicada a su compuerta
Para desconectar el dispositivo, simplemente detenga la corriente de emisor. De esta manera, como no tenemos la influencia del tiempo de respuesta del transistor bipolar, el desconectar es muy rápido.
La desconexión por el emisor tiene el mismo efecto, con una acción muy rápida. La corriente de dreno MOSFET cae prácticamente a cero instantáneamente, lo que hace que el transistor bipolar también deje de conducir.
Así que para cambiar el transistor bipolar, lo que se hace es utilizar un MOSFET que tiene una respuesta más rápida, conectada a su emisor.