Um pico nos EVs significa um aumento nos transistores bipolares de porta isolada (IGBTs)

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Segundo a Agência Internacional de Energia, haverá 125 milhões de veículos elétricos na estrada até 2030. Entre outras razões, esse aumento na produção está sendo impulsionado por desenvolvimentos tecnológicos que reduziram significativamente o custo e melhoraram a qualidade (ou seja, a faixa ) dos VEs.

Previsão global de implantação de veículos EV para 2030. Imagem usada cortesia da AIE

Uma parte da tecnologia que está no centro do desenvolvimento de VEs é o transistor bipolar de porta isolada (IGBT).

O IGBT: um breve histórico

O IGBT (PDF) é um dispositivo que combina a alta impedância de entrada e as rápidas velocidades de comutação dos MOSFET de potência com as características de alta condutividade de um transistor bipolar. Embora distinto de um BJT tradicional, um IGBT é construído de maneira semelhante a um MOSFET, com uma porta isolada e um layout de silicone semelhante. A principal diferença entre um MOSFET e um IGBT é que o IGBT possui uma camada p + extra no lado do coletor.

Comparação do BJT, IGBT e MOSFET

Comparação do BJT, IGBT e MOSFET. Imagem usada cortesia da Toshiba (PDF)

Nesta configuração, a corrente IGBT flui através do transistor PNP interno, ativando o MOSFET interno enquanto a tensão é aplicada entre o coletor e o emissor. O colaborador da AAC, Robert Keim, discute as diferenças entre FETs, BJTs e IGBTs em mais detalhes em seu artigo técnico sobre qual desses três dispositivos é adequado para seu projeto de estágio de potência.

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IGBTs em veículos elétricos

A importância do IGBT em um veículo elétrico está realmente no inversor do motor como um interruptor. Por ser um dispositivo de alta tensão e alta corrente, geralmente é conectado diretamente ao motor de tração em um veículo elétrico. Essencialmente, ele retira a CC da bateria do carro e, através do inversor, converte os sinais de controle CA na alta potência necessária para ligar o motor.

Exemplo de um circuito inversor IGBT

Exemplo de um circuito inversor IGBT. Imagem usada cortesia de Renesas

O IGBT é um componente perfeito para motores EV de 35 KW a 85 KW, graças à sua alta eficiência e comutação rápida. Dispositivos de alta eficiência como IGBTs levam a menos desperdício de energia e, consequentemente, maior quilometragem.

É por razões como esta que a Danfoss Silicon Power anunciou recentemente que encomendou à ON Semiconductor o fornecimento de IGBTs e diodos de alta potência para módulos de tração de inversores.

MOSFETs SiC: um rival notável

Gostaria de escrever um artigo sobre IGBTs em sistemas de fornecimento de energia e não mencionar seu maior concorrente: o MOSFET de carboneto de silício (MOSFET de SiC). Em um artigo recente destacando os novos avanços na tecnologia SiC, escrevo sobre as muitas vantagens aparentes do SiC MOSFET sobre os IGBTs. Em alguns casos, esses novos MOSFETs SiC podem melhorar o consumo de energia em fontes de alimentação em 85% em comparação com os IGBTs.

Essa diferença no consumo de energia tem muito a ver com as baixas resistências no estado dos novos MOSFETs de SiC, que levam a menores perdas de condução do que o IGBT.

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O futuro dos IGBT está ligado ao mercado de veículos elétricos

Espera-se que o crescimento maciço no mercado de VE impulsione o crescimento no mercado de IGBT também. Os IGBTs são parte integrante das fontes de alimentação EV, e novos desenvolvimentos no campo ajudarão na redução de custos e no aumento da gama de veículos elétricos.


Que pontos de dor específicos você experimentou ao projetar com IGBTs? Quais são os seus pontos fortes? Compartilhe suas experiências nos comentários abaixo.

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