集成門(mén)極換流晶閘管(IGCT)是什么意思

集成門(mén)極換流晶閘管(IGCT)是什么意思

集成柵極換流晶閘管IGCT(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是1996年問(wèn)世的用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體器件。IGCT是一種基于GTO結(jié)構(gòu)、利用集成柵極結(jié)構(gòu)進(jìn)行柵極硬驅(qū)動(dòng)、采用緩沖層結(jié)構(gòu)及陽(yáng)極透明發(fā)射極技術(shù)的新型大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，具有晶閘管的通態(tài)特性及晶體管的開(kāi)關(guān)特性。由于采用了緩沖結(jié)構(gòu)以及淺層發(fā)射極技術(shù)，因而使動(dòng)態(tài)損耗降低了約50％，另外，此類(lèi)器件還在一個(gè)芯片上集成了具有良好動(dòng)態(tài)特性的續(xù)流二極管，從而以其獨(dú)特的方式實(shí)現(xiàn)了晶閘管的低通態(tài)壓降、高阻斷電壓和晶體管穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)特性有機(jī)結(jié)合.

IGCT使變流裝置在功率、可靠性、開(kāi)關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進(jìn)展，給電力電子成套裝置帶來(lái)了新的飛躍。IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和柵極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其柵極驅(qū)動(dòng)器在外圍以低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點(diǎn)，在導(dǎo)通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。IGCT具有電流大、電壓高、開(kāi)關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低等特點(diǎn)，而且造成本低，成品率高，有很好的應(yīng)用前景。采用晶閘管技術(shù)的GTO是常用的大功率開(kāi)關(guān)器件，它相對(duì)于采用晶體管技術(shù)的IGBT在截止電壓上有更高的性能，但廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)GTO驅(qū)動(dòng)技術(shù)造成不均勻的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程，需要高成本的dv/dt和di/dt吸收電路和較大功率的柵極驅(qū)動(dòng)單元，因而造成可靠性下降，價(jià)格較高，也不利于串聯(lián)。但是，在大功率MCT技術(shù)尚未成熟以前，IGCT已經(jīng)成為高壓大功率低頻交流器的優(yōu)選方案。

下圖為不對(duì)稱IGCT的外形圖.

IGCT與GTO相似，也是四層三端器件，GCT內(nèi)部由成千個(gè)GCT組成，陽(yáng)極和門(mén)極共用，而陰極并聯(lián)在一起。與GTO有重要差別的是IGCT陽(yáng)極內(nèi)側(cè)多了緩沖層，以透明（可穿透）陽(yáng)極代替GTO的短路陽(yáng)極。導(dǎo)通機(jī)理與GTO完全一樣，但關(guān)斷機(jī)理與GTO完全不同，在IGCT的關(guān)斷過(guò)程中，GCT能瞬間從導(dǎo)通轉(zhuǎn)到阻斷狀態(tài)，變成一個(gè)pnp晶體管以后再關(guān)斷，所以它無(wú)外加du/dt限制；而GTO必須經(jīng)過(guò)一個(gè)既非導(dǎo)通又非關(guān)斷的中間不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換（即"GTO區(qū)"），所以GTO需要很大的吸收電路來(lái)抑制重加電壓的變化率du/dt。阻斷狀態(tài)下IGCT的等效電路可認(rèn)為是一個(gè)基極開(kāi)路、低增益pnp晶體管與柵極電源的串聯(lián)。

IGCT觸發(fā)功率小，可以把觸發(fā)及狀態(tài)監(jiān)視電路和IGCT管芯做成一個(gè)整體，通過(guò)兩根光纖輸入觸發(fā)信號(hào)、輸出工作狀態(tài)信號(hào)。IGCT將 GTO技術(shù)與現(xiàn)代功率晶體管IGBT的優(yōu)點(diǎn)集于一身，利用大功率關(guān)斷器件可簡(jiǎn)單可靠地串聯(lián)這一關(guān)鍵技術(shù)，使得IGCT在中高壓領(lǐng)域以及功率在 0.5MVA～100MVA的大功率應(yīng)用領(lǐng)域尚無(wú)真正的對(duì)手。

下表是IGBT,GTO和IGCT三種電力器件的性能比較:

IGCT損耗低、開(kāi)關(guān)快速等這些優(yōu)點(diǎn)保證了它能可靠、高效率地用于300 kVA～10MVA變流器，而不需要串聯(lián)或并聯(lián)。在串聯(lián)時(shí)，逆變器功率可擴(kuò)展到100MVA。雖然高功率的IGBT模塊具有一些優(yōu)良的特性，如能實(shí)現(xiàn)di/dt和dv/dt 的有源控制、有源箝位、易于實(shí)現(xiàn)短路電流保護(hù)和有源保護(hù)等。但因存在著導(dǎo)通高損耗、損壞后造成開(kāi)路以及無(wú)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行數(shù)據(jù)等缺點(diǎn)，限制了高功率IGBT模塊在高功率低頻變流器中的實(shí)際應(yīng)用。因此IGCT將成為高功率高電壓變頻器的首選功率器件。