集成门极换流晶闸管（IGCT）-原理及驱动

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1、集成门极换流晶闸管（IGCT）——原理及驱动一、电力电子器件的发展二、IGCT的结构和工作原理三、基于ABB不对称型IGCT——5SHY35L4510的驱动电路四、IGCT的应用简介及发展趋势一、电力电子器件的发展20世纪60年代开始，电力电子器件得到了迅速发展，从SCR(普通晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型晶体管)、MOSFET(金属氧化物硅场效应管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(集成门极换相晶闸管)、IECT(注入增强型门极晶体管)、IPM(智能功率模块)。每一种

2、新器件的出现都为电力变换技术的发展注入了新的活力，它或拓展了电力变换的应用领域，或使相关应用领域的电力变换装置的性能得到改善。1.晶闸管（SCR）晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，也称可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）是典型的半控器件，其电气图形如右图所示。主要优点是：容量大，工作可靠主要缺点是：半控，开关速度慢，对du/dt和di/dt比较敏感2.门极可关断晶闸管（GTO）门极可关断晶闸管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）是在SCR问世后不久出现的全控型器件，其电气图形如右图

3、所示。主要优点是：全控，容量大，工作可靠主要缺点是：开关速度比较慢，需要门极大电流才能实现开断，关断控制较易失败3.电力晶体管（GTR）电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译过来为巨型晶体管)，其电气图形如右图所示。主要优点是：全控，通态压降低，开关时间短，控制方便主要缺点是：存在二次击穿问题，耐压难以提高，功耗大4.电力场效应晶体管（MOSFET）主要指绝缘栅型电力场效应晶体管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor）结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（StaticInd

4、uctionTransistor——SIT）。MOSFET电气图形如右图所示。主要优点是：全控，驱动功率小，开关时间最短、正温度系数主要缺点是：容量小，通态压降比较大5.绝缘栅极双极晶体管（IGBT）绝缘栅双极晶体管（Insulated-gateBipolarTransistor）其电气图形如右图所示。主要优点是：综合了GTR和MOSFET的优点主要缺点是：存在擎柱效应集成门极换流晶闸管(IntergratedGateCommutatedThyristors)1997年由ABB公司提出。该器件是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT集成于一个整体形成的

5、。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一种新型电力半导体器件，它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，即它是GTO和IGBT相互取长补短的结果，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和10kV的中压开关电路。6.集成门极换流晶闸管（IGCT）主要优点是：IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且制造成本低，成品率高，有很好的应用前景。IGCT、GTO和IGBT的比较：比较的器件及容量为:IGCT----4500V/3000A，GTG---4500V/3

6、000A，IGBT----3300V/1200A。Thehighpowersemiconductordevicewithintegratedgateunitcombiningthebestoftwoworldsbyconductinglikeathyristorandswitchinglikeatransistor.二、IGCT的结构和工作原理1.IGCT的分类按内部结构来分，IGCT可以分成以下三类:(l)不对称型(Asymmetric)在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构，器件能正向承受高电压，但不具有承受反向电压的能力，也不能流过反向电流。一般需

7、要从外部并联续流二极管。(2)反向阻断型(逆阻型)(Reverseblocking)在结构上是一个PNPN晶闸管与一个二极管的串联，电流只能从一个方向(从阳极到阴极)流通，串联的二级管为这类器件提供了承受反向电压的能力。(3)反向导通型(逆导型)(Reverseconducting)在结构是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联，电流可以两个方向流通，不能承受反向电压。由于GCT与续流二极管集成在同一个芯片上，不需要从外部并联续流二极管，变流器在结构上更加简洁，体积更小。反向导通型(逆导型)IGCT不对称型IGCT2.IGCT的结构特点IGCT

8、与GTO结构相似，它也是四层三端器件，内部由上千个GCT单元组成，阳极和门极共用，而阴极并联一起，故也是多元