Tiristor conmutado por puerta integrado

El tiristor conmutado de puerta integrado (IGCT) es un dispositivo electrónico semiconductor de potencia que se utiliza para conmutar corriente eléctrica en equipos industriales. Está relacionado con el tiristor de apagado de puerta (GTO).

Fue desarrollado conjuntamente por Mitsubishi y ABB. Al igual que el tiristor GTO, el IGCT es un interruptor de alimentación totalmente controlable, lo que significa que se puede encender y apagar mediante su terminal de control (la puerta). La electrónica del accionamiento de puerta está integrada con el dispositivo tiristor.

Descripción del dispositivo

Un IGCT es un tipo especial de tiristor. Se compone de la integración de la unidad de compuerta con el dispositivo de oblea Gate Commutated Thyristor (GCT). La estrecha integración de la unidad de compuerta con el dispositivo de oblea garantiza una rápida conmutación de la corriente de conducción desde el cátodo a la compuerta. El dispositivo de oblea es similar a un tiristor de apagado de puerta (GTO). Se pueden encender y apagar mediante una señal de puerta y soportar tasas más altas de aumento de voltaje (dv/dt), de modo que no se requiere amortiguador para la mayoría de las aplicaciones.

La estructura de un IGCT es muy similar a la de un tiristor GTO. En un IGCT, la corriente de apagado de la compuerta es mayor que la corriente del ánodo. Esto da como resultado una eliminación completa de la inyección de portadores minoritarios desde la unión PN inferior y tiempos de apagado más rápidos. Las principales diferencias son una reducción en el tamaño de la celda y una conexión de compuerta mucho más sustancial con una inductancia mucho menor en el circuito de accionamiento de compuerta y en la conexión del circuito de accionamiento. Las corrientes de compuerta muy altas y el rápido aumento dI/dt de la corriente de compuerta significan que no se pueden usar cables regulares para conectar el controlador de compuerta al IGCT. La PCB del circuito de accionamiento está integrada en el paquete del dispositivo. El circuito de control rodea el dispositivo y se utiliza un conductor circular grande que se fija al borde del IGCT. La gran área de contacto y la corta distancia reducen tanto la inductancia como la resistencia de la conexión.

Los tiempos de apagado mucho más rápidos del IGCT en comparación con los del GTO le permiten operar a frecuencias más altas, hasta varios kHz durante períodos de tiempo muy cortos. Sin embargo, debido a las altas pérdidas de conmutación [de], la frecuencia operativa típica es de hasta 500 Hz.

Neutron-Transmutation-Doped Silicio utilizado como el sustrato base IGCT.

Los IGCT, en aplicaciones de alto poder, son sensibles a los rayos cósmicos. Disminuir las fallas inducidas por rayos cósmicos, más espesor en la n⁻ Se requiere base.

Sesgo inverso

IGCT están disponibles con o sin capacidad de bloqueo inverso. La capacidad de bloqueo inverso aumenta la caída de tensión directa debido a la necesidad de tener una región P1 larga y poco dopada.

Los IGCT capaces de bloquear el voltaje inverso se conocen como IGCT simétricos, abreviados S-IGCT. Por lo general, la tensión nominal de bloqueo inverso y la tensión nominal de bloqueo directo son las mismas. La aplicación típica de los IGCT simétricos es en inversores de fuente de corriente.

Los IGCT incapaces de bloquear el voltaje inverso se conocen como IGCT asimétricos, abreviados A-IGCT. Por lo general, tienen una clasificación de ruptura inversa de decenas de voltios. Los A-IGCT se utilizan cuando se aplica un diodo de conducción inversa en paralelo (por ejemplo, en inversores de fuente de voltaje) o donde nunca se produciría voltaje inverso (por ejemplo, en fuentes de alimentación conmutadas o helicópteros de tracción de CC).

Los IGCT asimétricos se pueden fabricar con un diodo de conducción inversa en el mismo paquete. Estos se conocen como RC-IGCT, por IGCT de conducción inversa.

Aplicaciones

Las principales aplicaciones son en inversores de frecuencia variable, variadores, tracción y seccionadores rápidos de CA. Se pueden conectar varios IGCT en serie o en paralelo para aplicaciones de mayor potencia.