【资料】集成门极换流晶闸管(igct)原理及驱动汇编

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)(Reverse conducting)
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。
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
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。
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — 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（Giant Transistor——GTR，直译过来
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。一般需要从外部并联 续流二极管。 (2)反向阻断型(逆阻型)(Reverse blocking)
G E
ห้องสมุดไป่ตู้
D
S N沟道
6.集成门极换流晶闸管（IGCT）
集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors) 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。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。
The high power semiconductor device with integrated gate unit combining the best of two worlds by conducting like a thyristor and switching like a transistor.
1.晶闸管（SCR）
晶闸管（Thyristor）：晶体闸流管，也称可控硅整 流器（Silicon Controlled Rectifier——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）
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/3000A，
IGBT----3300V/1200A。
缓冲层技术 通常在器件设计中，如果需要高的阻断电压值，就得要求硅片的
厚度增加。但硅片厚度的增加必将导致导通和开关损耗的增大。IGCT 采用缓冲层结构后，在相同阻断电压下，硅片厚度和标准结构更薄， 从而大大降低了导通和开关损耗，从而提高了器件的效率。采用缓冲 层还使单片GCT与二极管的组合成为可能 。
C
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 B 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
E
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（Metal
Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）
不对称型IGCT 反向导通型(逆导型)IGCT
2.IGCT 的结构特点
IGCT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 功率集成器件，便于门极关断控制。
IGCT是通过印刷电路板将IGCT芯片与 其门极驱动电路连接在一起，将门极驱动回 路电感限制在nH级，为实现“门极换流” 和“硬驱动”奠定了基础。
结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管
（Static Induction Transistor——SIT）。
G
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
D
G S P沟道
5.绝缘栅极双极晶体管（IGBT）
C
绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor）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
可穿透发射区 也称透明阳极，透明阳极是一个很薄的PN结，其发射效率与电流有
关。因为电子穿透该阳极时就像阳极被短路一样，因此称为透明阳极。 IGCT在GTO结构的基础上，去掉阳极短路点，并利用了可穿透发射区技 术。其发射效率和电流密度密切相关。在低电流密度下，其发射效率很高。 但在大电流密度下，阳极的注入效率将很低。实现门极换流需要依靠这个 结构。
门极硬驱动技术 门极硬驱动技术是指在晶闸管开通和关断的过程中的极短时间内,给
其门极加以上升率和幅值都很大的驱动信号，可使被驱动晶闸管存储时间 将至us级，几乎做到同步开关，使晶闸管器件的关断能力大大超过其额定 值。系统设计者可根据应用要求在开通频率和驱动功率控制能力之间加以 选择，以达到一种合适的组合，在加速开关速率的同时降低开关损耗。