集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动PPT课件

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
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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。
2.门极可关断晶闸管（GTO）
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）
集成门极换流晶闸管（IGCT） ———原理及驱动
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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
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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。
电力晶体管（Giant Transistor——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
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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
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。
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G S P沟道
5.绝缘栅极双极晶体管（IGBT）
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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
G E
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S N沟道
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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
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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)
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不对称型IGCT
反向导通型(逆导型)IGCT
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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。
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 。
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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。
Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）
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）。
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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
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主要缺点是：容量小，通态压降比较大
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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.