比IGBT更好用的功率半導(dǎo)體器件都有哪些？

電力電子器件（Power Electronic Device），又稱為功率半導(dǎo)體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率（通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）電子器件?？梢苑譃榘肟匦推骷⑷匦推骷筒豢煽匦推骷?，其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，工作可靠；還可以分為電壓驅(qū)動(dòng)型器件和電流驅(qū)動(dòng)型器件，其中GTO、GTR為電流驅(qū)動(dòng)型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動(dòng)型器件。

1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶閘管

MCT 是一種新型MOS 與雙極復(fù)合型器件。MCT是將 MOSFET 的高阻抗、低驅(qū)動(dòng)圖 MCT 的功率、快開關(guān)速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結(jié)合在一起，形成大功率、高壓、快速全控型器件。實(shí)質(zhì)上MCT 是一個(gè)MOS 門極控制的晶閘管。它可在門極上加一窄脈沖使其導(dǎo)通或關(guān)斷，它由無(wú)數(shù)單胞并聯(lián)而成。它與GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器件相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

電壓高、電流容量大，阻斷電壓已達(dá)3 000V，峰值電流達(dá)1 000 A，最大可關(guān)斷電流密度為6 000kA/ m2；

通態(tài)壓降小、損耗小，通態(tài)壓降約為11V；

極高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已達(dá) 20 kV/s ，di/dt為2 kA/s；

開關(guān)速度快， 開關(guān)損耗小，開通時(shí)間約200ns，1 000 V 器件可在2 s 內(nèi)關(guān)斷；

2. IGCT（ Intergrated Gate Commutated Thyristors）

IGCT 是在晶閘管技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合 IGBT 和GTO 等技術(shù)開發(fā)的新型器件，適用于高壓大容量變頻系統(tǒng)中，是一種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 是將GTO 芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其門極驅(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 芯片在不串不并的情況下，二電平逆變器功率0.5~ 3 MW，三電平逆變器 1~ 6 MW；若反向二極管分離，不與IGCT 集成在一起，二電平逆變器功率可擴(kuò)至4 /5 MW，三電平擴(kuò)至 9 MW。

目前，IGCT 已經(jīng)商品化， ABB 公司制造的 IGCT 產(chǎn)品的最高性能參數(shù)為4［1］ 5 kV / 4 kA ，最高研制水平為6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也開發(fā)了直徑為88 mm 的GCT 的晶閘管IGCT 損耗低、 開關(guān)快速等優(yōu)點(diǎn)保證了它能可靠、高效率地用于300 kW~ 10 MW 變流器，而不需要串聯(lián)和并聯(lián)。

3. IEGT（ Injection Enhanced Gate Transistor） 電子注入增強(qiáng)柵晶體管

IGCT 是在晶閘管技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合 IGBT 和GTO 等技術(shù)開發(fā)的新型器件，適用于高壓大容量變頻系統(tǒng)中，是一種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 是將GTO 芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其門極驅(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 芯片在不串不并的情況下，二電平逆變器功率0.5~ 3 MW，三電平逆變器 1~ 6 MW；若反向二極管分離，不與IGCT 集成在一起，二電平逆變器功率可擴(kuò)至4 /5 MW，三電平擴(kuò)至 9 MW。

目前，IGCT 已經(jīng)商品化， ABB 公司制造的 IGCT 產(chǎn)品的最高性能參數(shù)為4［1］ 5 kV / 4 kA ，最高研制水平為6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也開發(fā)了直徑為88 mm 的GCT 的晶閘管IGCT 損耗低、 開關(guān)快速等優(yōu)點(diǎn)保證了它能可靠、高效率地用于300 kW~ 10 MW 變流器，而不需要串聯(lián)和并聯(lián)。

4. IPEM（ Intergrated Power Elactronics Mod ules） ：集成電力電子模塊

IPEM 是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先是將半導(dǎo)體器件MOSFET， IGBT或MCT 與二極管的芯片封裝在一起組成一個(gè)積木單元，然后將這些積木單元迭裝到開孔的高電導(dǎo)率的絕緣陶瓷襯底上，在它的下面依次是銅基板、氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部，則通過(guò)表面貼裝將控制電路、門極驅(qū)動(dòng)、電流和溫度傳感器以及保護(hù)電路集成在一個(gè)薄絕緣層上。IPEM 實(shí)現(xiàn)了電力電子技術(shù)的智能化和模塊化，大大降低了電路接線電感、系統(tǒng)噪聲和寄生振蕩，提高了系統(tǒng)效率及可靠性

5. PEBB（Power Electric Building Block）

電力電子積木PEBB （ Pow er Elect ric Building Block ） 是在IPEM 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的可處理電能集成的器件或模塊。PEBB 并不是一種特定的半導(dǎo)體器件，它是依照最優(yōu)的電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同器件和技術(shù)的集成。雖然它看起來(lái)很像功率半導(dǎo)體模塊，但PEBB 除了包括功率半導(dǎo)體器件外，還包括門極驅(qū)動(dòng)電路、電平轉(zhuǎn)換、傳感器、保護(hù)電路、電源和無(wú)源器件。PEBB 有能量接口和通訊接口。 通過(guò)這兩種接口，幾個(gè)PEBB 可以組成電力電子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以像小型的DC- DC 轉(zhuǎn)換器一樣簡(jiǎn)單，也可以像大型的分布式電力系統(tǒng)那樣復(fù)雜。一個(gè)系統(tǒng)中， PEBB的數(shù)量可以從一個(gè)到任意多個(gè)。多個(gè) PEBB 模塊一起工作可以完成電壓轉(zhuǎn)換、能量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換、陰抗匹配等系統(tǒng)級(jí)功能，PEBB 最重要的特點(diǎn)就是其通用性。

審核編輯黃昊宇