集成门极换流晶闸管原理及驱动

集成门极换流晶闸管（IGCT）———原理及驱动
电气信息工程学院
自动化10-02班
卢靖宇
541001010225
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。

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。

集成门极换流晶闸管（IGCT）的电气符号
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)
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。

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。

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。

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。

此外IGCT还采用了阴极疏条结构、阴极杂质分布、离子注入扩散工艺、精密光刻工艺、疏条成型工艺、无机膜及刻蚀工艺和溅射复合材料等工艺。

3.IGCT 的工作原理
IGCT 常采用下图所示的双晶体管模型进行等效分析。

在阳极正向偏置条
I
件下，IGCT 的阳极电流可由下式给出
A。