Quem tem medo dos IGBT? | Paulo Brites Eletrônica & etc
01/03/2014 Paulo BritesEletrônica Básica • Eletrônica Reparação
Quem quiser matar saudades e reler o artigo (talvez valha a pena) ele está disponível emhttp://www.4shared.com/office/SUF2LxLO/FET_Paullo_Brites_Antenna_1981.html (observação: meu nome não tem dois "l"; ainda bem!)
Digo que vale a pena reler o artigo porque ele servirá de base para o que trataremos nesta postagem, ou seja, os IGBTs.
Comecemos destrinchando esta sigla que vem inglês e quer dizer Insulated Gate Bipolar Transistor, mas como nós estamos no Brasil, e em homenagem ao Dr. Gilberto, vou apresentar a sua tradução: Transistor Bipolar de Porta Isolada embora continue usando a sigla em inglês por ser a mais comum por aí.
Nunca é demais lembrar que transistor bipolar nada mais é que o nosso velho conhecido transistor que no passado era o mais comercial e, portanto mais utilizado e acabou perdendo o "sobrenome" bipolar e ficou sendo conhecido apenas pelo "primeiro nome", ou seja, transistor.
Se você está pensando que o tal transistor bipolar é aquele que tem base, emissor e coletor e pode ser encontrado nas versões NPN ou PNP, parabéns! É isso mesmo.
O termo bipolar se refere ao fato dele ser construído a partir de dois semicondutores com polaridades diferentes, ou seja, um tipo N e outro tipo P.
Já os FETs e os MOSFETs são unipolares podendo ser construídos também em duas versões conhecidas como canal N e canal P.
Uma das diferenças principais entre estes dois tipos de transistores é que, enquanto os bipolares são amplificadores de corrente os FETs e MOSFETs funcionam como amplificadores de tensão do mesmo modo como funcionam as válvulas termiônicas (como bem sabe a turma da terceira idade).
Outra diferença fundamental entre esses dois "seres" da eletrônica é que os bipolares apresentam baixa impedância de entrada (base-emissor), já os seus "primos em primeiro grau", os FETs e MOSFETs têm impedância de entrada (gate-supridouro) que pode chegar aos 100 MOhms.
Esta questão da alta impedância de entrada é um fato relevante, em especial, para quem vai manusear o dispositivo como os técnicos reparadores (e vendedores também).
Lembre-se que esta alta impedância de entrada torna o componente extremamente vulnerável a destruição por descarga eletrostática (ESD) e, portanto é altamente recomendável não tocar nos terminais do dispositivo com os dedos se o técnico não estiver usado uma pulseira antiestática (e aterrada, é claro) ou luva apropriada (Veja o post ESD: Eletricidade que a gente não vê).
E os IGBTs, "qual é a deles"?
Até aqui apenas preparamos o terreno para o objetivo principal deste artigo que é falar dos tais IGBTs. Então, vamos a eles.
Para tornar a coisa mais fácil de entender relembremos o significado da sigla IGBT: Transistor Bipolar de Porta Isolada o que nos levar a pensar que eles são uma "mistura" dos dois tipos de transistores, ou seja, um "híbrido" de FET na entrada com transistor bipolar na saída numa configuração que nos faz lembrar o transistor Darlington.
Veja bem, eu disse "nos faz lembrar", não disse que os IGBTs são Darlingtons que é outra coisa.
Em outras palavras, a entrada de um IGBT é feita por uma porta isolada como nos MOSFETs , enquanto na saída temos um emissor e um coletor como nos transistores bipolares como vemos na figura.
Uma observação interessante quanto aos IGBTs é que são fabricados exclusivamente como canal N.
Quanto a simbologia adotada para representar os IGBTs nos circuitos os fabricantes parece que ainda não chegaram a um consenso e podemos vê-los representados de uma das de diversas maneiras.
Entretanto, mais importante que saber a simbologia é reconhecer um IGBT na PCI uma vez que eles podem se apresentar, às vezes, em encapsulamentos similares aos dos circuitos integrados.
Mas, por que inventaram os IGBT?
Bem, eu diria que o IGBT é uma espécie de "rapocaco" da eletrônica, ele tem a esperteza da raposa com a malandragem do macaco!
Brincadeiras à parte, o IGBT alia o que há de melhor em cada tipo de transistor para fazer um dispositivo capaz trabalhar em circuitos que precisam de alta velocidade de comutação, manusear correntes altas e se comportarem como uma chave ideal (fechada resistência zero, aberta resistência infinita).
Com um IGBT a transição do estado de condução para o estado de corte e vice-versa pode ser feita em 2 microssegundos o que nos dá uma frequência de 500 kHz.
Podem ser construídos em módulos que operam centenas de ampères e tensões até 6 kV.
A Panasonic (só ela), por exemplo, utiliza-os nas fontes de seus fornos de micro-ondas e diversos fabricantes nas placas Y e Z dos televisores de plasma.
Outra aplicação para estes dispositivos são amplificadores de áudio classe D também chamados de amplificadores digitais.
Na moderna indústria automobilística eles são usados para excitar os motores PMSM (Permanent Magnetic Sychronous Motor).
Estas são as aplicações mais comuns destes novos "seres" e, portanto mesmo que você ainda tenha medo dos MOSFETs (e do escuro e durma com a luz acesa), é melhor procurar um psicanalista (ou fazer um curso de atualização) e parar de ter medo dos IGBT, pois eles vieram para ficar (até aparecer um substituto mais sofisticado e você não vai querer passar o resto da vida com medo de componentes eletrônicos).
Testando os IGBTs
Para o técnico reparador o que interessa mesmo no final das contas é saber o estado de um IGBT quando se depara com um "bichinho" destes num equipamento que está na bancada.
Uma primeira averiguação pode ser feita com um multímetro analógico na escala ôhmica, entretanto dois pontos precisam ser levados em consideração.
O primeiro é quanto a "qualidade" do multímetro. Os equipamentos fabricados atualmente costumam utilizar baterias de valor baixo e, portanto com tensão insuficiente para disparar a condução do dispositivo.
Outro cuidado a ser tomado é que muito destes dispositivos possuem diodos de proteção internamente de modo similar aos transistores utilizados como saída horizontal nos televisores e por consequência apresentará medidas que deixarão o técnico confuso se não estiver atento a este detalhe.
Não irei me estender neste tópico aqui para não tornar o post muito extenso. A internet está cheia de vídeos no you tube mostrando como testar IGBTs.
Já publiquei também aqui no site um testador de FETs e MOSFETs que se mostrou satisfatório ao testar alguns IGBTs.
Para identificar os terminais nada melhor que recorrer ao data sheet do componente que pode ser encontrado (quase sempre) na web. A Era dos manuais de papel acabou (ainda bem).
Cuidados no manuseio e na hora da substituição
Este é um ponto que deve ser bem observado pelo técnico, uma vez que por se tratarem de dispositivos de alta impedância de entrada são muito sensíveis a ESD.
Eles devem vir embalados em envelopes de plástico antiestático e nós devemos evitar tocar nos terminais com nossos dedinhos cheios de elétrons!
Na hora da soldagem é conveniente começarmos sempre pelo terminal de emissor (ou supridouro no caso dos MOSFETs) que está ligado ao ground da placa e ter certeza que todos os capacitores próximos estão descarregados.
O ferro de solda utilizado deve ser de boa qualidade bem como a solda. Por se tratarem de componentes que manuseiam correntes elevadas e importante não se esquecer da pasta térmica e fazer uma solda bem feita.
Sei que muitos vão achar que estas recomendações são um exagero, mas como dizia minha mãe "cautela e canja de galinha não fazem mal a ninguém" e, além disso:- quem avisa amigo é.
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Muito obrigado por compartilhar um conteúdo tão rico em conhecimento.
Obrigado Masafe pelo retorno Fioc feliz que lhe tenha sido útil. Comártilhe com seus amigos para a rede de solidariedade se ampliar.
Boa tarde tudo bem! Simplesmente virei seu fã pelos artigos publicados.
Sou um eterno estudante de eletrônica e me sinto feliz em saber que ainda existem pessoas muito apaixonadas pela eletrônica.
Vi muitos IGBTs em inversores da WEG achei muito interessante a aplicação no controle de cargas.
Legal Ailton, fico feliz…
José Paulo Abreu Monteiro
Gostei muito de ler este artigo, passei a entender o porquê do datasheet da IXYS no IGBT IXXK300N60C3 não mencionar o RCE (RDS dos Mosfets), já que para estes a IXYS sempre informa RDS. Atualmente num projeto em construção estou usando o Mosfet IXTH200N10T (RDS=5,5 mOhm), mas preciso mudar para o IGBT porque meu circuito não aceita o diodo interno do Mosfet, o que me obrigou a colocar um diodo externo para barrar a corrente que vem do diodo interno e este diodo além de ser maior, é mais caro do que o Mosfet. Sobre a resistencia zero entre coletor e emissor no IGBT da IXYS, é confiável? Gostaria muito de suas considerações. Abraços e PARABÉNS José Paulo
Obrigado José Paulo pela sua participação.
Quanto a sua pergunta sobre resistência zero ser confiável eu creio que sim, mas não posso te garantir, tem que pesquisar mais.
Eu não tenho trabalhado com IFBT e não tenho esta informação do ponto de vista prático, a ideia do artigo teve o objetivo da divulgação para quem não sabia nada.
No momento estou com tantos projetos de aulas que não posso pesquisar sobre isso, mas vou ficar ligado no tema.
Muito obrigado pela sua atenção!! Abs José Paulo
Faz parte dar atenção aos leitores
Gostei do texto. Elucidativo . Muito útil , no meu caso . Obrigado.
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Muito b om o artigo, escrito de forma simples porém clara.
Atualmente, a maioria dos técnicos reparadores, principalmente na área de Televisores, temos encontrado muitas dificuldades, não no teste dos IGBTs, pois conforme mencionado no artigo, encontramos várias fontes com informações, mas sim na substituição dos mesmos, pois nos deparamos com um numero muito alto de peças falsificadas, pois é raro encontrarmos o componente embalado conforme mencionado no artigo, exceto os smd. e por isso, ao colocarmos no circuito a maioria fritam sumariamente, deixando a dúvida perversa quanto se o defeito é na placa em reparo ou se a queima do componente é por motivo de falsificação.
Infelizmente, não encontramos esquemas quer seja de papel, quer seja digital da maioria dos aparelhos, o que nos deixa no escuro quanto as tensões e correntes que deveriam está presente no circuito e aí a unica solução fica sendo trocar toda a placa. Isso tem acontecido muito nas placas Y e ou Z SUS.
Por isso pergunto: Tem como identificarmos se o componente é mesmo original?
Sendo que o IGBT é uma junção de MOSFET e BIPOLAR (E eu entendi quando o artigo disse que eles não são darliton) tem como fazer uma adaptação usando os dois para substituir um IGBT?
A questão da falsificação é uma praga. Não tem como saber.
Hoje 90% (no mínimo) do que se compra por aqui é falsificado. Tem dois tipos de situação pelo menos. A falsificação escancarada e o produto original mas que o lote está fora da especificação Ai pode-se dar sorte de pegar um que funcione, mas vai saber como!
Quanto a "construção" do IGBT não tem como fazer juntando dois transistores A construção é feita na estrutura do semicondutor.
Parabens, òtimo POSTE. O IGBT pode ser substituído em um circuito por um Mosfet comum de mesma amperagem ou terei problemas?, também gostaria de saber; Se posso colocar um de amperagem e tensão maior caso não ache um IGBT com a mesma corrente e tensão do orininal ? essas são minhas dúvidas.
Caro Celsat
IGBT é IGBT e MOSFET é MOSFET. Não é simplesmente tira um e bota outra, as formas de polarização são diferentes e ai tem que mexer no projeto.
Quanto a tensão e corrente não tem problema, mas neste tipo de circuito existe algo muito importante a ser levado em conta que são tempos de chaveamwento.
No site eu tenho artigos que falam sobre isso.
Muito legal o texto. Informativo, direto e divertido. Parabéns.
Valeu Ednilson
Bastante informativo. Gostei.
Que bom, fico feliz que tenha sido útil
Grato ,PauioBrites as infomções são mto uteis principalmente para nos da velha guarda, embora eu me mantenha atualizado,pois sua linguagem é simples e direta
Muito obrigado Erinaldo pelo seu depoimento
Apenas completando. Alguns componentes como Mosfet, Família de Tiristores e IGBT, foram criados inicialmente para uso na antiga denominada eletrônica industrial, nesse ramo da eletrônica foi o começo de tudo para uso de componentes "parrudo" dentro da indústria para controlar processo, por exemplo, motores. Hoje o termo eletrônica industrial caiu em desuso e em seu lugar assumiu o termo eletrônica de potência. No Brasil temos um grande especialista nessa área que é: http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/ . Muitos desses componentes como o IGBT, caríssimos e basicamente fornecido em módulos grandes, foram aos poucos sendo incorporados a eletrônica de baixa potência, e assim surgiram os bichinhos com encapsulamentos miniatura para desespero de uma grande maioria de técnico reparadores. Gosto de ver nas indústrias os inversores de frequência ( ou conversor de frequência )com IGBT controlando a velocidade de enormes motores trifásico, como se fosse um motor de brinquedo.
Excelente a colaboração do leitor "Vt100".
A ideia do blog é exatamente esta promover a divulgação do conhecimento.
Fico feliz que tenha gente de olho.
Vou ver o link e divulgar na minha fanpage.
VanderleySCL
Como sempre excelente artigo, e que maravilha a casa tah cheia de mestres, Professor Brites, professor Fernando e Professor Jaime e nao poderiamos deixar de lembrar dela como é tambem conhecida "mamae" Antena.
Obrigado Vanderley.
Pelo jeito você é da "velha guarda".
Excelente artigo, aliás, como todos que você escreve !
E aí não está produzindo mais nada?
Se tiver ideias daquelas boas do tempo da mamãe Antenna e quiser publicar aqui o espaço está aberto.
Onde encontra-se o testador de FET e MOSFET mencionado no artigo?
Procurei nesta página mas não encontrei, está em outro site?.
Caro Wladyslaw
Eu fiz uma ligeira confusão. Este testador está ni meu blog antigo (profpaulobrites.blogspot.com)
Vou fazer uma "reciclagem" nele e trazê-lo para cá em breve.
Por enquanto você pode achá-lo na "casa velha" !
Obrigado por disponibilizar mais um pouco de conhecimento além de relembrar da saudosa Antenna e seu diretor GAP.
Quando a gente descobre alguma coisa tem obrigação moral de passar ao próximo e é isso que tento fazer.
Sem informação (de qualidade) não pode haver cidadania.
Relembrar a Antenna e o Dr. Gilberto para mim é quase uma obrigação. A "mamãe" Antenna" foi a minha primeira escola de eletrônica.
Parabéns por mais este artigo, pois temos visto muitos colegas com dúvidas em relação a este tipo de transistor que é muito comum nas placas Y e Z SUS dos TV's de PLASMA!!!!
É preciso convencer as pessoas envolvidas com tecnologia da permanente necessidade de atualização. O mundo não tem mais espaço para amadores.