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IGBT H40MR5
$ 11.000 IVA incluido
El IGBT H40MR5 es el Infineon IHW40N120R5, un IGBT de conducción inversa de 1200 V y 40 A con la carcasa a 100 °C, en encapsulado TO247 y con el diodo integrado en el mismo chip. Es de la serie de conmutación resonante de Infineon, pensada para cocinas de inducción y hornos microondas, y su juntura trabaja entre 40 °C bajo cero y 175 °C. Necesita 15 V en la compuerta, así que va con un driver y no directo a un pin de ESP32 o Arduino.
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Características Generales
- Tipo de IGBT: Trench/Fieldstop
- Rango de voltaje de colector y emisor (V_CE): 1200V
- Corriente de colector (I_C): 40 A con la carcasa a 100 °C (80 A a 25 °C)
- Voltaje de saturación de colector y emisor (V_CE(sat)): 1,55 V típico y 1,85 V máximo a 25 °C (40 A y 15 V en la compuerta)
- Tensión de puerta y emisor (V_GE): ±20V
Parámetros Principales
- V_CES (Tensión colector y emisor): 1200V
- I_C (Corriente de colector a 100°C): 40A
- I_Cpuls (Corriente de colector pulsada, limitada por la temperatura de juntura): 120 A
- V_GE(th) (Tensión umbral de puerta y emisor): 5,1 V mínimo, 5,8 V típico y 6,4 V máximo a 25 °C (ni 3,3 V ni 5 V lo encienden)
- R_thJC (Resistencia térmica juntura a carcasa): 0,38 K/W máximo
- E_OFF (Energía de apagado): 1,60 mJ típico a 25 °C, 600 V y 40 A (0,22 mJ en conmutación suave)
Características Adicionales
- Temperatura de operación: 40 °C bajo cero a 175 °C en la juntura
- Capacidades de conmutación rápidas: Reduce la pérdida de energía durante la conmutación.
Aplicaciones Típicas
- Cocinas de inducción
- Hornos microondas
Beneficios
- Alta eficiencia energética: Debido a sus bajas pérdidas de conmutación y conducción.
- Durabilidad y robustez: Capaz de soportar altas corrientes y voltajes.
- Operación a alta frecuencia: Adecuado para aplicaciones que requieren conmutación rápida.
Dimensiones del Empaque
- Tipo de encapsulado: TO247
Preguntas Frecuentes
¿Qué es exactamente un IGBT y en qué se diferencia de un MOSFET o un BJT de potencia?
Un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) es un componente híbrido que combina las mejores características de un MOSFET y un BJT:
- Como un MOSFET: Tiene una puerta (Gate) aislada que se controla por voltaje, no por corriente. Esto hace que sea fácil de controlar desde un microcontrolador (a través de un gate driver), ya que en reposo casi no consume corriente por la compuerta.
- Como un BJT: Tiene una capacidad de manejo de alta corriente y alto voltaje con una baja caída de voltaje de saturación (V_CE(sat)), similar a un transistor bipolar.
En resumen, obtienes la facilidad de control de un MOSFET con la capacidad de manejo de potencia de un BJT. Es la elección ideal para aplicaciones de conmutación de alta potencia y alto voltaje.
¿Puedo controlar este IGBT directamente desde un pin de Arduino o necesito un «gate driver»?
Necesitas obligatoriamente un «gate driver» (controlador de puerta). Conectado directo a un pin de microcontrolador no enciende, porque el pin no alcanza ni su umbral de compuerta.
Las razones técnicas son:
- Voltaje de Puerta (V_GE): Este IGBT necesita un voltaje en su puerta de alrededor de +15V para encenderse completamente y lograr la baja V_CE(sat). Su umbral de compuerta, a 25 °C, va de 5,1 a 6,4 V (5,8 V típico), y un ESP32 entrega 3,3 V y un Arduino Uno 5 V, así que ninguno de los dos alcanza a encenderlo. Además, necesita un voltaje negativo (o 0V) para apagarse de forma segura.
- Corriente de Carga de Puerta: La puerta de un IGBT se comporta como un condensador. Para encenderlo y apagarlo rápidamente (y así minimizar las pérdidas de conmutación), necesitas un driver capaz de inyectar y extraer picos de corriente altos (varios amperios) para cargar y descargar esta capacitancia de puerta rápidamente. Un pin de microcontrolador no puede suministrar esta corriente.
Un IC de gate driver dedicado es la única solución profesional para controlar este componente de forma segura y eficiente.
¿Qué significa la tecnología «Trench/Fieldstop» y qué beneficio me aporta?
«Trench/Fieldstop» es una tecnología de fabricación avanzada para IGBTs que optimiza el equilibrio entre dos parámetros clave:
- Bajo V_CE(sat): La estructura «Trench Gate» permite una mayor densidad de celdas en el chip, lo que reduce la resistencia interna y, por lo tanto, la caída de voltaje cuando el IGBT está conduciendo (V_CE(sat) de 1,55 V típico a 40 A). Esto reduce las pérdidas de conducción (calor generado mientras está encendido).
- Bajas Pérdidas de Apagado (E_off): La capa «Field Stop» ayuda a eliminar la «cola de corriente» durante el apagado, un fenómeno que causa pérdidas en los IGBTs más antiguos. Esto reduce las pérdidas de conmutación (calor generado cada vez que se apaga).
El resultado es un IGBT mucho más eficiente, que genera menos calor y permite frecuencias de conmutación más altas.
¿En qué aplicaciones es un IGBT de 1200V como este superior a un MOSFET de potencia?
La elección entre IGBT y MOSFET depende del voltaje y la frecuencia de la aplicación. Un IGBT como este brilla en el cuadrante de alto voltaje y alta potencia.
- A voltajes altos (por encima de 600V), un MOSFET equivalente tendría una resistencia de encendido (Rds(on)) muy alta, lo que generaría enormes pérdidas de conducción. El IGBT mantiene una V_CE(sat) baja y relativamente constante, haciéndolo mucho más eficiente.
- Para frecuencias de conmutación medias (5kHz a 50kHz), el IGBT ofrece el mejor balance de pérdidas de conducción y conmutación. Este modelo en particular es de la serie de conmutación resonante de Infineon, pensada para cocinas de inducción y hornos microondas.
Los MOSFETs, en cambio, son superiores en aplicaciones de bajo voltaje (<200V) y muy alta frecuencia (>100kHz), como en las fuentes de poder de PC.
¿Qué disipador de calor necesito para operar este IGBT a 40A?
La disipación térmica es crítica. Para calcular la potencia que debe disipar, usamos la fórmula P_conducción = V_CE(sat) * I_C. A 40 A, con la V_CE(sat) máxima de 1,85 V a 25 °C, esto sería P = 1,85 V * 40 A = 74 W. A esto hay que sumarle las pérdidas de apagado (E_off) multiplicadas por la frecuencia de conmutación.
Disipar 74 W (o más, porque la V_CE(sat) sube con la temperatura) requiere un disipador de calor grande y, muy probablemente, ventilación forzada (un ventilador). La resistencia térmica de la unión a la carcasa (R_thJC) es de 0,38 K/W como máximo, así que necesitarás un disipador con una resistencia térmica muy baja para mantener la temperatura de la unión por debajo de los 175 °C que admite como máximo.
Debes realizar un cálculo térmico completo para tu aplicación específica. Operar este componente a 40A sin un sistema de disipación de calor adecuado lo destruirá en segundos.
¿Necesito un diodo «freewheeling» en paralelo con mi carga inductiva si uso este IGBT?
Depende de cómo lo conectes. El IHW40N120R5 es un IGBT de conducción inversa y trae un diodo integrado en el mismo chip, en antiparalelo entre emisor y colector. Ese diodo conduce 40 A con la carcasa a 100 °C, con una caída típica de 1,90 V a 40 A.
En un medio puente o un puente completo, el diodo del otro IGBT hace de camino de rueda libre. Si usas un solo IGBT para cortar una carga inductiva, como un solenoide o un motor DC, el diodo interno no le da ese camino a la carga y sí necesitas un diodo de recuperación rápida y alto voltaje en paralelo con la carga. Infineon diseñó el diodo interno para conmutación suave, en circuitos resonantes como cocinas de inducción y hornos microondas.
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