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Quem tem medo dos IGBT?

PCI C IGBT

Quem tem medo dos IGBT?

Em julho de 1981 (caramba, mais de 30 anos) escrevi um artigo para a saudosa Revista Antenna intitulado “Quem tem medo dos TEC?”.

A sigla TEC significa Transistor de Efeito de Campo é a tradução de Field Effect Transistor, mais conhecido por FET, foi uma “imposição” do Dr. Gilberto, então diretor da revista que tinha um sonho de ver a língua portuguesa como a língua oficial do Brasil (na teoria e na prática).

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”?

IGBT 1Até 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.

IGBT 2Quanto 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.

Se este artigo foi útil pra você deixe um comentário (e se não foi também) e divulgue-o para seus amigos. Caso queira ser informado das novidades do site em seu e-mail faça assinatura no canto superior esquerdo (é de graça).

Até sempre.

Técnico em eletrônica formado em 1968 pela Escola Técnica de Ciências Eletrônicas, professor de matemática formado pela UFF/CEDERJ com especialização em física. Atualmente aposentado atuando como técnico free lance em restauração de aparelhos antigos, escrevendo e-books e artigos técnicos e dando aula particular de matemática e física.

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16 Responses to “Quem tem medo dos IGBT?”

  1. erinaldo lopes disse:

    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

  2. Fabian Robert disse:

    Muito bem explicado

  3. Vt100 disse:

    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.

    • paulobrites disse:

      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.
      Abraços

  4. VanderleySCL disse:

    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.

  5. Jaime Moraes disse:

    Excelente artigo, aliás, como todos que você escreve !
    parabéns, amigo !
    Jaime Moraes

    • paulobrites disse:

      Valeu “seu” Jaime.
      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.
      Abraços

  6. Wladysla Jan disse:

    Onde encontra-se o testador de FET e MOSFET mencionado no artigo?
    Procurei nesta página mas não encontrei, está em outro site?.

    • paulobrites disse:

      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” !
      Abraços

  7. Wladysla Jan disse:

    Obrigado por disponibilizar mais um pouco de conhecimento além de relembrar da saudosa Antenna e seu diretor GAP.

    • paulobrites disse:

      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.
      Obrigado pelo seu apoio
      Até sempre.

  8. Fernando José disse:

    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!!!!

    • paulobrites disse:

      É preciso convencer as pessoas envolvidas com tecnologia da permanente necessidade de atualização. O mundo não tem mais espaço para amadores.
      Seu trabalho e seus treinamentos também são de grande valia.
      Parabéns

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