什么是IGCT？什么是IGBT？兩者有何區(qū)別與聯(lián)系

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什么是IGCT？

IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor），中文名稱：集成門極換流晶閘管。或者稱為GCT（Gate-Commutated Thyristor），即門極換流晶閘管。它結合了 GTO（門極可關斷）晶閘管和 MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）的特性。是20世紀90年代后期出現(xiàn)的新型電力電子器件。

IGCT設備類型及其從頂側到底側的橫截面示意圖（垂直橫截面）

IGCT整體功能類似可關斷晶閘管（GTO），是完全可控的功率開關，其導通及關斷都是由控制信號（閘極）控制。由于結合了 MOSFET特性，與傳統(tǒng)GTO比起來它的性能更加優(yōu)異。其容量與GTO相當，但開關速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO應用是龐大而復雜的緩沖電路。

特性

1、開關損耗低

可任意選擇開關頻率以滿足最后應用的需要。以前功率設備在額定電流下只能工作在250Hz以內，而IGCT的工作頻率可以達到這個速度的4倍。例如，在電機傳動系統(tǒng)中，如選取更快的開關速度，將可以提高系統(tǒng)的效率。另一方面，如對IGCT選用較低的開關速度，逆變器系統(tǒng)的效率將有所提高，同時損耗更低。

2、輔助電路簡化

iGCT的獨特特性在于其無需緩沖電路也可以工作，這對設計來說是非常有利的。無緩沖電路的逆變器損耗低結構緊湊、所用的元件更少、可靠性更好。iGCT結構中集成了續(xù)流二極管，使得以IGCT為基礎的設備得以簡化

3、門極驅動功率低

GTO采用傳統(tǒng)的陽極短路結構來實現(xiàn)通態(tài)壓降和低關斷損耗，缺導致了門極觸發(fā)電流的增加。IGCT采用的透明陽極發(fā)射技術使觸發(fā)電流和后沿電流很小，總的通態(tài)門極電流僅為GTO的1/10，大大減小了門極觸發(fā)幾率。

4、存儲時間短

可靠性高IGCT器件與大規(guī)模反并聯(lián)二極管的集成不但可以減小存儲時間,而且使關斷時間的絕對值和離散性大為減小，使IGCT可以安全地應用于中高壓串聯(lián)。如果發(fā)生過電流失效，器件燒毀使其自身關斷，而不會像IGBT那樣會對鄰近的元件造成危險，加強了整體電路的安全性。

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什么是IGBT？

IGBT是雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場效應管（MOS）結合組成的，綜合BJT高電流密度和MOS高輸入阻抗的特點，具有驅動功率小而飽和壓降低的顯著性能優(yōu)勢，在電子元器件中發(fā)揮電源開關和電能轉換兩大功能，廣泛應用于新能源汽車、工業(yè)控制、白色家電、新能源發(fā)電、軌道交通等領域，其中車規(guī)級IGBT的安全穩(wěn)定性要求高于消費級和工業(yè)級IGBT。

特性

1、靜態(tài)特性

IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。

伏安特性是指以柵源電壓Ugs 在截止狀態(tài)下的IGBT ，正向電壓由J2 結承擔，反向電壓由J1結承擔。

轉移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關系曲線。當柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時，IGBT 處于關斷狀態(tài)。

開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。IGBT 處于導通態(tài)時，由于它的PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其B 值極低。盡管等效電路為達林頓結構，但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分

IGBT的典型開關電路圖

2、動態(tài)特性

動態(tài)特性也稱為開關特性。

IGBT的開關特性是指漏極電流和漏源極電壓之間的關系。當IGBT處于導通狀態(tài)時，其B值極低，因為其PNP晶體管是寬基極晶體管。雖然等效電路是達林頓結構，但流過MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。

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兩者的區(qū)別與聯(lián)系

工藝

由上文介紹可知，IGCT是 MOSFET與GTO結合后的產物，因此IGCT勢必兼顧了 MOSFET的部分優(yōu)點。

首先我們來看一下IGCT與IGBT兩者的結構區(qū)別以及工藝區(qū)別。

IGBT（含IEGT）與IGCT的結構特征與主要工作特性

IGBT（含IEGT）與IGCT器件的封裝結構對比

市場

其次，我們從市場普及率上對兩者加以區(qū)分。

相對于IGBT而言，目前IGCT的技術成熟度落后于IGBT，且投放市場的時間較晚，這便導致了在市場普及率上，IGBT優(yōu)于IGCT。

全球晶閘管IGCT產值及發(fā)展趨勢：（2018-2029）&（百萬元）

資料來源：第三方資料、新聞報道、業(yè)內專家采訪及GlobaInfoResearch整理研究

全球與中國IGBT市場規(guī)模及增長預計：（2017-2024）&（億美元）

資料來源：質鏈網

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誰將指引電力電子器件發(fā)展方向？

眾所周知，電力電子器件的發(fā)展正朝著高性能、低成本、小體積、環(huán)保的方向前進。而在這場改變中，IGCT和IGBT中到底誰將成為電力電子器件新的領軍人物，亦或是其他電力電子器件脫穎而出，拿下“桂冠”，都將取決于技術創(chuàng)新的速度和市場需求的變化。關于此項問題，目前學術界仍爭論不斷，最終也許只能等待時間為我們交上答卷。





審核編輯：劉清