IGBT和IGCT.doc

1、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和 MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有 MOSFET 的高输入阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点。GTR 饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET 驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT 综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。目录结构 工作特性 发展历史 输出特性与转移特性

2、 模块简介 等效电路 结构 工作特性 发展历史 输出特性与转移特性 模块简介 等效电路 展开编 辑 本 段 结 构IGBT 结 构 图左 边 所 示 为 一 个 N 沟 道 增 强 型 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 结 构 ， N+ 区 称 为 源 区 ，附 于 其 上 的 电 极 称 为 源 极 。 P+ 区 称 为 漏 区 。 器 件 的 控 制 区 为 栅 区 ， 附 于 其上 的 电 极 称 为 栅 极 。 沟 道 在 紧 靠 栅 区 边 界 形 成 。 在 漏 、 源 之 间 的 P 型 区（ 包 括 P+ 和 P 一 区 ） （ 沟 道 在 该 区 域 形 成 ） ， 称 为 亚

3、 沟 道 区 （ Subchannel region ） 。 而 在 漏 区 另 一 侧 的 P+ 区 称 为 漏 注 入 区 （ Drain injector ） ， 它 是 IGBT 特 有 的 功 能 区 ， 与 漏 区 和 亚 沟 道 区 一 起 形 成 PNP 双 极 晶 体 管 ， 起 发 射 极 的 作 用 ， 向 漏 极 注 入 空 穴 ， 进 行 导 电 调 制 ， 以 降 低 器件 的 通 态 电 压 。 附 于 漏 注 入 区 上 的 电 极 称 为 漏 极 。 IGBT 的 开 关 作 用 是 通 过 加 正 向 栅 极 电 压 形 成 沟 道 ， 给 PNP 晶 体

4、管 提 供基 极 电 流 ， 使 IGBT 导 通 。 反 之 ， 加 反 向 门 极 电 压 消 除 沟 道 ， 切 断 基 极 电 流 ，使 IGBT 关 断 。 IGBT 的 驱 动 方 法 和 MOSFET 基 本 相 同 ， 只 需 控 制 输 入 极 N一 沟 道 MOSFET ， 所 以 具 有 高 输 入 阻 抗 特 性 。 当 MOSFET 的 沟 道 形 成 后 ， 从P+ 基 极 注 入 到 N 一 层 的 空 穴 （ 少 子 ） ， 对 N 一 层 进 行 电 导 调 制 ， 减 小 N 一 层 的 电 阻 ， 使 IGBT 在 高 电 压 时 ， 也 具 有 低 的

5、通 态 电 压 。 编 辑 本 段 工 作 特 性静 态 特 性IGBT 的 静 态 特 性 主 要 有 伏 安 特 性 、 转 移 特 性 和 开 关 特 性 。 IGBT 的 伏 安 特 性 是 指 以 栅 源 电 压 Ugs 为 参 变 量 时 ， 漏 极 电 流 与 栅 极 电压 之 间 的 关 系 曲 线 。 输 出 漏 极 电 流 比 受 栅 源 电 压 Ugs 的 控 制 ， Ugs 越 高 ， Id 越 大 。 它 与 GTR 的 输 出 特 性 相 似 也 可 分 为 饱 和 区 1 、 放 大 区 2 和 击穿 特 性 3 部 分 。 在 截 止 状 态 下 的 IGBT

6、， 正 向 电 压 由 J2 结 承 担 ， 反 向 电 压由 J1 结 承 担 。 如 果 无 N+ 缓 冲 区 ， 则 正 反 向 阻 断 电 压 可 以 做 到 同 样 水 平 ， 加入 N+缓 冲 区 后 ， 反 向 关 断 电 压 只 能 达 到 几 十 伏 水 平 ， 因 此 限 制 了 IGBT 的某 些 应 用 范 围 。 IGBT 的 转 移 特 性 是 指 输 出 漏 极 电 流 Id 与 栅 源 电 压 Ugs 之 间 的 关 系 曲线 。 它 与 MOSFET 的 转 移 特 性 相 同 ， 当 栅 源 电 压 小 于 开 启 电 压 Ugs(th) 时 ，IGBT 处

7、 于 关 断 状 态 。 在 IGBT 导 通 后 的 大 部 分 漏 极 电 流 范 围 内 ， Id 与Ugs 呈 线 性 关 系 。 最 高 栅 源 电 压 受 最 大 漏 极 电 流 限 制 ， 其 最 佳 值 一 般 取 为15V 左 右 。 IGBT 的 开 关 特 性 是 指 漏 极 电 流 与 漏 源 电 压 之 间 的 关 系 。 IGBT 处 于 导通 态 时 ， 由 于 它 的 PNP 晶 体 管 为 宽 基 区 晶 体 管 ， 所 以 其 B 值 极 低 。 尽 管 等效 电 路 为 达 林 顿 结 构 ， 但 流 过 MOSFET 的 电 流 成 为 IGBT 总 电

8、 流 的 主 要 部 分 。此 时 ， 通 态 电 压 Uds(on) 可 用 下 式 表 示 Uds(on) Uj1 Udr IdRoh 式 中 Uj1 JI 结 的 正 向 电 压 ， 其 值 为 0.7 1V ； Udr 扩 展电 阻 Rdr 上 的 压 降 ； Roh 沟 道 电 阻 。 通 态 电 流 Ids 可 用 下 式 表 示 ： Ids=(1+Bpnp)Imos 式 中 Imos 流 过 MOSFET 的 电 流 。 由 于 N+ 区 存 在 电 导 调 制 效 应 ， 所 以 IGBT 的 通 态 压 降 小 ， 耐 压 1000V的 IGBT 通 态 压 降 为 2 3V

9、 。 IGBT 处 于 断 态 时 ， 只 有 很 小 的 泄 漏 电 流 存在 。 动 态 特 性IGBT 在 开 通 过 程 中 ， 大 部 分 时 间 是 作 为 MOSFET 来 运 行 的 ， 只 是 在 漏源 电 压 Uds 下 降 过 程 后 期 ， PNP 晶 体 管 由 放 大 区 至 饱 和 ， 又 增 加 了 一 段 延迟 时 间 。 td(on) 为 开 通 延 迟 时 间 ， tri 为 电 流 上 升 时 间 。 实 际 应 用 中 常 给出 的 漏 极 电 流 开 通 时 间 ton 即 为 td (on) tri 之 和 。 漏 源 电 压 的 下 降 时 间由

10、 tfe1 和 tfe2 组 成 。 IGBT 的 触 发 和 关 断 要 求 给 其 栅 极 和 基 极 之 间 加 上 正 向 电 压 和 负 向 电 压 ，栅 极 电 压 可 由 不 同 的 驱 动 电 路 产 生 。 当 选 择 这 些 驱 动 电 路 时 ， 必 须 基 于 以 下的 参 数 来 进 行 ： 器 件 关 断 偏 置 的 要 求 、 栅 极 电 荷 的 要 求 、 耐 固 性 要 求 和 电 源的 情 况 。 因 为 IGBT 栅 极 - 发 射 极 阻 抗 大 ， 故 可 使 用 MOSFET 驱 动 技 术 进 行触 发 ， 不 过 由 于 IGBT 的 输 入 电

11、 容 较 MOSFET 为 大 ， 故 IGBT 的 关 断 偏 压 应 该比 许 多 MOSFET 驱 动 电 路 提 供 的 偏 压 更 高 。 IGBT 在 关 断 过 程 中 ， 漏 极 电 流 的 波 形 变 为 两 段 。 因 为 MOSFET 关 断 后 ，PNP 晶 体 管 的 存 储 电 荷 难 以 迅 速 消 除 ， 造 成 漏 极 电 流 较 长 的 尾 部 时 间 ，td(off)为 关 断 延 迟 时 间 ， trv 为 电 压 Uds(f)的 上 升 时 间 。 实 际 应 用 中 常 常给 出 的 漏 极 电 流 的 下 降 时 间 Tf 由 图 中 的 t(f1

12、)和 t(f2)两 段 组 成 ， 而 漏 极电 流 的 关 断 时 间 t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 式 中 ， td(off)与 trv 之 和 又 称 为 存 储 时 间 。 IGBT 的 开 关 速 度 低 于 MOSFET， 但 明 显 高 于 GTR。 IGBT 在 关 断 时 不 需 要负 栅 压 来 减 少 关 断 时 间 ， 但 关 断 时 间 随 栅 极 和 发 射 极 并 联 电 阻 的 增 加 而 增 加 。IGBT 的 开 启 电 压 约 3 4V， 和 MOSFET 相 当 。 IGBT 导 通 时 的 饱 和 压 降 比MOSFET 低 而

13、和 GTR 接 近 ， 饱 和 压 降 随 栅 极 电 压 的 增 加 而 降 低 。 正 式 商 用 的 IGBT 器 件 的 电 压 和 电 流 容 量 还 很 有 限 ， 远 远 不 能 满 足 电 力电 子 应 用 技 术 发 展 的 需 求 ； 高 压 领 域 的 许 多 应 用 中 ， 要 求 器 件 的 电 压 等 级 达到 10KV 以 上 ， 目 前 只 能 通 过 IGBT 高 压 串 联 等 技 术 来 实 现 高 压 应 用 。 国 外 的一 些 厂 家 如 瑞 士 ABB 公 司 采 用 软 穿 通 原 则 研 制 出 了 8KV 的 IGBT 器 件 ， 德 国的

14、EUPEC 生 产 的 6500V/600A 高 压 大 功 率 IGBT 器 件 已 经 获 得 实 际 应 用 ， 日 本东 芝 也 已 涉 足 该 领 域 。 与 此 同 时 ， 各 大 半 导 体 生 产 厂 商 不 断 开 发 IGBT 的 高耐 压 、 大 电 流 、 高 速 、 低 饱 和 压 降 、 高 可 靠 性 、 低 成 本 技 术 ， 主 要 采 用1 m 以 下 制 作 工 艺 ， 研 制 开 发 取 得 一 些 新 进 展 。 编 辑 本 段 发 展 历 史1979 年 ， MOS 栅 功 率 开 关 器 件 作 为 IGBT 概 念 的 先 驱 即 已 被 介 绍

15、 到 世 间 。这 种 器 件 表 现 为 一 个 类 晶 闸 管 的 结 构 （ P-N-P-N 四 层 组 成 ） ， 其 特 点 是 通 过强 碱 湿 法 刻 蚀 工 艺 形 成 了 V 形 槽 栅 。 80 年 代 初 期 ， 用 于 功 率 MOSFET 制 造 技 术 的 DMOS（ 双 扩 散 形 成 的 金 属 -氧 化 物 -半 导 体 ） 工 艺 被 采 用 到 IGBT 中 来 。 2在 那 个 时 候 ， 硅 芯 片 的 结 构是 一 种 较 厚 的 NPT（ 非 穿 通 ） 型 设 计 。 后 来 ， 通 过 采 用 PT（ 穿 通 ） 型 结 构的 方 法 得 到

16、了 在 参 数 折 衷 方 面 的 一 个 显 著 改 进 ， 这 是 随 着 硅 片 上 外 延 的 技 术进 步 ， 以 及 采 用 对 应 给 定 阻 断 电 压 所 设 计 的 n+缓 冲 层 而 进 展 的 3。 几 年 当中 ， 这 种 在 采 用 PT 设 计 的 外 延 片 上 制 备 的 DMOS 平 面 栅 结 构 ， 其 设 计 规 则 从5 微 米 先 进 到 3 微 米 。 90 年 代 中 期 ， 沟 槽 栅 结 构 又 返 回 到 一 种 新 概 念 的 IGBT， 它 是 采 用 从 大规 模 集 成 （ LSI） 工 艺 借 鉴 来 的 硅 干 法 刻 蚀 技

17、 术 实 现 的 新 刻 蚀 工 艺 ， 但 仍 然是 穿 通 （ PT） 型 芯 片 结 构 。 4在 这 种 沟 槽 结 构 中 ， 实 现 了 在 通 态 电 压 和 关断 时 间 之 间 折 衷 的 更 重 要 的 改 进 。 硅 芯 片 的 重 直 结 构 也 得 到 了 急 剧 的 转 变 ， 先 是 采 用 非 穿 通 （ NPT） 结 构 ，继 而 变 化 成 弱 穿 通 （ LPT） 结 构 ， 这 就 使 安 全 工 作 区 （ SOA） 得 到 同 表 面 栅结 构 演 变 类 似 的 改 善 。 这 次 从 穿 通 （ PT） 型 技 术 先 进 到 非 穿 通 （ N

18、PT） 型 技 术 ， 是 最 基 本 的 ，也 是 很 重 大 的 概 念 变 化 。 这 就 是 ： 穿 通 （ PT） 技 术 会 有 比 较 高 的 载 流 子 注 入系 数 ， 而 由 于 它 要 求 对 少 数 载 流 子 寿 命 进 行 控 制 致 使 其 输 运 效 率 变 坏 。 另 一方 面 ， 非 穿 通 （ NPT） 技 术 则 是 基 于 不 对 少 子 寿 命 进 行 杀 伤 而 有 很 好 的 输 运效 率 ， 不 过 其 载 流 子 注 入 系 数 却 比 较 低 。 进 而 言 之 ， 非 穿 通 （ NPT） 技 术 又被 软 穿 通 （ LPT） 技 术

19、所 代 替 ， 它 类 似 于 某 些 人 所 谓 的 “软 穿 通 ”（ SPT）或 “电 场 截 止 ”（ FS） 型 技 术 ， 这 使 得 “成 本 性 能 ”的 综 合 效 果 得 到 进 一步 改 善 。 1996 年 ， CSTBT（ 载 流 子 储 存 的 沟 槽 栅 双 极 晶 体 管 ） 使 第 5 代 IGBT 模块 得 以 实 现 6， 它 采 用 了 弱 穿 通 （ LPT） 芯 片 结 构 ， 又 采 用 了 更 先 进 的 宽 元胞 间 距 的 设 计 。 目 前 ， 包 括 一 种 “反 向 阻 断 型 ”（ 逆 阻 型 ） 功 能 或 一 种“反 向 导 通

20、型 ”（ 逆 导 型 ） 功 能 的 IGBT 器 件 的 新 概 念 正 在 进 行 研 究 ， 以 求得 进 一 步 优 化 。 IGBT 功 率 模 块 采 用 IC 驱 动 ， 各 种 驱 动 保 护 电 路 ， 高 性 能 IGBT 芯 片 ，新 型 封 装 技 术 ， 从 复 合 功 率 模 块 PIM 发 展 到 智 能 功 率 模 块 IPM、 电 力 电 子 积木 PEBB、 电 力 模 块 IPEM。 PIM 向 高 压 大 电 流 发 展 ， 其 产 品 水 平 为 12001800A/18003300V， IPM 除 用 于 变 频 调 速 外 ， 600A/2000V

21、 的 IPM 已 用 于 电力 机 车 VVVF 逆 变 器 。 平 面 低 电 感 封 装 技 术 是 大 电 流 IGBT 模 块 为 有 源 器 件的 PEBB， 用 于 舰 艇 上 的 导 弹 发 射 装 置 。 IPEM 采 用 共 烧 瓷 片 多 芯 片 模 块 技 术组 装 PEBB， 大 大 降 低 电 路 接 线 电 感 ， 提 高 系 统 效 率 ， 现 已 开 发 成 功 第 二 代IPEM， 其 中 所 有 的 无 源 元 件 以 埋 层 方 式 掩 埋 在 衬 底 中 。 智 能 化 、 模 块 化 成 为IGBT 发 展 热 点 。 现 在 ,大 电 流 高 电 压

22、 的 IGBT 已 模 块 化 ,它 的 驱 动 电 路 除 上 面 介 绍 的 由 分立 元 件 构 成 之 外 ,现 在 已 制 造 出 集 成 化 的 IGBT 专 用 驱 动 电 路 .其 性 能 更 好 ,整 机 的 可 靠 性 更 高 及 体 积 更 小 。 编 辑 本 段 输 出 特 性 与 转 移 特 性IGBT 与 MOSFET 的 对 比 MOSEFT 全 称 功 率 场 效 应 晶 体 管 。 它 的 三 个 极 分 别是 源 极 (S)、 漏 极 (D)和 栅 极 (G)。 主 要 优 点 ： 热 稳 定 性 好 、 安 全 工 作 区 大 。缺 点 ： 击 穿 电 压

23、 低 ， 工 作 电 流 小 。 IGBT 全 称 绝 缘 栅 双 极 晶 体 管 ， 是MOSFET 和 GTR(功 率 晶 管 )相 结 合 的 产 物 。 它 的 三 个 极 分 别 是 集 电 极 (C)、 发射 极 (E)和 栅 极 (G)。 特 点 ： 击 穿 电 压 可 达 1200V， 集 电 极 最 大 饱 和 电 流 已 超过 1500A。 由 IGBT 作 为 逆 变 器 件 的 变 频 器 的 容 量 达 250kVA 以 上 ， 工 作 频 率可 达 20kHz。 编 辑 本 段 模 块 简 介IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transis

24、tor(绝 缘 栅 双 极 型 晶 体 管 )的 缩 写 ， IGBT 是 由 MOSFET 和 双 极 型 晶 体 管 复 合 而 成 的 一 种 器 件 ， 其 输 入 极为 MOSFET， 输 出 极 为 PNP 晶 体 管 ， 它 融 和 了 这 两 种 器 件 的 优 点 ， 既 具 有MOSFET 器 件 驱 动 功 率 小 和 开 关 速 度 快 的 优 点 ， 又 具 有 双 极 型 器 件 饱 和 压 降 低而 容 量 大 的 优 点 ， 其 频 率 特 性 介 于 MOSFET 与 功 率 晶 体 管 之 间 ， 可 正 常 工 作于 几 十 kHz 频 率 范 围 内 ，

25、 在 现 代 电 力 电 子 技 术 中 得 到 了 越 来 越 广 泛 的 应 用 ，在 较 高 频 率 的 大 、 中 功 率 应 用 中 占 据 了 主 导 地 位 。 若 在 IGBT 的 栅 极 和 发 射 极 之 间 加 上 驱 动 正 电 压 ， 则 MOSFET 导 通 ， 这样 PNP 晶 体 管 的 集 电 极 与 基 极 之 间 成 低 阻 状 态 而 使 得 晶 体 管 导 通 ； 若 IGBT的 栅 极 和 发 射 极 之 间 电 压 为 0V， 则 MOS 截 止 ， 切 断 PNP 晶 体 管 基 极 电 流 的供 给 ， 使 得 晶 体 管 截 止 。 IGBT

26、 与 MOSFET 一 样 也 是 电 压 控 制 型 器 件 ， 在 它 的栅 极 发 射 极 间 施 加 十 几 V 的 直 流 电 压 ， 只 有 在 uA 级 的 漏 电 流 流 过 ， 基 本上 不 消 耗 功 率 。 编 辑 本 段 等 效 电 路IGBT 模 块 的 选 择IGBT 模 块 的 电 压 规 格 与 所 使 用 装 置 的 输 入 电 源 即 试 电 电 源 电 压 紧 密 相 关 。其 相 互 关 系 见 下 表 。 使 用 中 当 IGBT 模 块 集 电 极 电 流 增 大 时 ， 所 产 生 的 额 定损 耗 亦 变 大 。 同 时 ， 开 关 损 耗 增

27、大 ， 使 原 件 发 热 加 剧 ， 因 此 ， 选 用 IGBT 模块 时 额 定 电 流 应 大 于 负 载 电 流 。 特 别 是 用 作 高 频 开 关 时 ， 由 于 开 关 损 耗 增 大 ，发 热 加 剧 ， 选 用 时 应 该 降 等 使 用 。 使 用 中 的 注 意 事 项由 于 IGBT 模 块 为 MOSFET 结 构 ， IGBT 的 栅 极 通 过 一 层 氧 化 膜 与 发 射 极实 现 电 隔 离 。 由 于 此 氧 化 膜 很 薄 ， 其 击 穿 电 压 一 般 达 到 20 30V。 因 此 因 静电 而 导 致 栅 极 击 穿 是 IGBT 失 效 的

28、常 见 原 因 之 一 。 因 此 使 用 中 要 注 意 以 下 几点 ： 在 使 用 模 块 时 ， 尽 量 不 要 用 手 触 摸 驱 动 端 子 部 分 ， 当 必 须 要 触 摸 模 块 端子 时 ， 要 先 将 人 体 或 衣 服 上 的 静 电 用 大 电 阻 接 地 进 行 放 电 后 ， 再 触 摸 ； 在用 导 电 材 料 连 接 模 块 驱 动 端 子 时 ， 在 配 线 未 接 好 之 前 请 先 不 要 接 上 模 块 ； 尽 量 在 底 板 良 好 接 地 的 情 况 下 操 作 。 在 应 用 中 有 时 虽 然 保 证 了 栅 极 驱 动 电压 没 有 超 过

29、栅 极 最 大 额 定 电 压 ， 但 栅 极 连 线 的 寄 生 电 感 和 栅 极 与 集 电 极 间 的电 容 耦 合 ， 也 会 产 生 使 氧 化 层 损 坏 的 振 荡 电 压 。 为 此 ， 通 常 采 用 双 绞 线 来 传送 驱 动 信 号 ， 以 减 少 寄 生 电 感 。 在 栅 极 连 线 中 串 联 小 电 阻 也 可 以 抑 制 振 荡 电压 。 此 外 ， 在 栅 极 发 射 极 间 开 路 时 ， 若 在 集 电 极 与 发 射 极 间 加 上 电 压 ， 则随 着 集 电 极 电 位 的 变 化 ， 由 于 集 电 极 有 漏 电 流 流 过 ， 栅 极 电

30、位 升 高 ， 集 电 极则 有 电 流 流 过 。 这 时 ， 如 果 集 电 极 与 发 射 极 间 存 在 高 电 压 ， 则 有 可 能 使IGBT 发 热 及 至 损 坏 。 在 使 用 IGBT 的 场 合 ， 当 栅 极 回 路 不 正 常 或 栅 极 回 路 损 坏 时 (栅 极 处 于开 路 状 态 )， 若 在 主 回 路 上 加 上 电 压 ， 则 IGBT 就 会 损 坏 ， 为 防 止 此 类 故 障 ，应 在 栅 极 与 发 射 极 之 间 串 接 一 只 10K 左 右 的 电 阻 。 在 安 装 或 更 换 IGBT 模 块 时 ， 应 十 分 重 视 IGBT

31、 模 块 与 散 热 片 的 接 触 面 状态 和 拧 紧 程 度 。 为 了 减 少 接 触 热 阻 ， 最 好 在 散 热 器 与 IGBT 模 块 间 涂 抹 导 热硅 脂 。 一 般 散 热 片 底 部 安 装 有 散 热 风 扇 ， 当 散 热 风 扇 损 坏 中 散 热 片 散 热 不 良时 将 导 致 IGBT 模 块 发 热 ， 而 发 生 故 障 。 因 此 对 散 热 风 扇 应 定 期 进 行 检 查 ，一 般 在 散 热 片 上 靠 近 IGBT 模 块 的 地 方 安 装 有 温 度 感 应 器 ， 当 温 度 过 高 时 将报 警 或 停 止 IGBT 模 块 工

32、作 。 保 管 时 的 注 意 事 项一 般 保 存 IGBT 模 块 的 场 所 ， 应 保 持 常 温 常 湿 状 态 ， 不 应 偏 离 太 大 。 常温 的 规 定 为 5 35 ， 常 湿 的 规 定 在 45 75 左 右 。 在 冬 天 特 别 干 燥 的 地区 ， 需 用 加 湿 机 加 湿 ; 尽 量 远 离 有 腐 蚀 性 气 体 或 灰 尘 较 多 的 场 合 ； 在 温 度发 生 急 剧 变 化 的 场 所 IGBT 模 块 表 面 可 能 有 结 露 水 的 现 象 ， 因 此 IGBT 模 块应 放 在 温 度 变 化 较 小 的 地 方 ； 保 管 时 ， 须 注

33、 意 不 要 在 IGBT 模 块 上 堆 放 重物 ； 装 IGBT 模 块 的 容 器 ， 应 选 用 不 带 静 电 的 容 器 。 IGBT 模 块 由 于 具 有 多 种 优 良 的 特 性 ， 使 它 得 到 了 快 速 的 发 展 和 普 及 ， 已应 用 到 电 力 电 子 的 各 方 各 面 。 因 此 熟 悉 IGBT 模 块 性 能 ， 了 解 选 择 及 使 用 时的 注 意 事 项 对 实 际 中 的 应 用 是 十 分 必 要 的 。igctIGCT 家 族IGCT 集 成 门 极 换 流 晶 闸 管 (Intergrated Gate Commutated Thy

34、ristors)是 一 种 中 压 变频 器 开 发 的 用 于 巨 型 电 力 电 子 成 套 装 置 中 的 新 型 电 力 半 导 体 开 关 器 件 (集 成 门 极 换 流晶 闸 管 =门 极 换 流 晶 闸 管 +门 极 单 元 )。 1997 年 由 ABB 公 司 提 出 。 IGCT 使 变 流 装 置 在功 率 、 可 靠 性 、 开 关 速 度 、 效 率 、 成 本 、 重 量 和 体 积 等 方 面 都 取 得 了 巨 大 进 展 ， 给 电 力电 子 成 套 装 置 带 来 了 新 的 飞 跃 。 IGCT 是 将 GTO 芯 片 与 反 并 联 二 极 管 和 门

35、 极 驱 动 电 路集 成 在 一 起 ， 再 与 其 门 极 驱 动 器 在 外 围 以 低 电 感 方 式 连 接 ， 结 合 了 晶 体 管 的 稳 定 关 断 能力 和 晶 闸 管 低 通 态 损 耗 的 优 点 ， 在 导 通 阶 段 发 挥 晶 闸 管 的 性 能 ， 关 断 阶 段 呈 现 晶 体 管 的特 性 。 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 造 成 本 低 ， 成 品 率 高 ， 有 很 好 的 应 用 前 景 。 已 用 于 电 力 系 统

36、电 网 装置 （ 100MVA） 和 的 中 功 率 工 业 驱 动 装 置 （ 5MW） IGCT 在 中 压 变 频 器 领 域 内 成 功 的应 用 了 11 年 的 时 间 （ 到 09 年 为 止 ） ， 由 于 IGCT 的 高 速 开 关 能 力 无 需 缓 冲 电 路 ， 因 而所 需 的 功 率 元 件 数 目 更 少 ， 运 行 的 可 靠 性 大 大 增 高 。 IGCT 集 IGBT（ 绝 缘 门 极 双 极 性 晶 体 管 ） 的 高 速 开 关 特 性 和 GTO（ 门 极 关 断 晶闸 管 ） 的 高 阻 断 电 压 和 低 导 通 损 耗 特 性 于 一 体 ，

37、 一 般 触 发 信 号 通 过 光 纤 传 输 到 IGCT单 元 。 在 ACS6000 的 有 缘 整 流 单 元 的 相 模 块 里 ， 每 相 模 块 由 IGCT 和 二 极 管 、 钳 位 电容 组 成 ， 由 独 立 的 门 极 供 电 单 元 GUSP 为 其 提 供 能 源 。集成门极换流晶闸管集 成 门 极 换 流 晶 闸 管 IGCT（ Integrated Gate-Commutated Thyristor） 有 的 厂 家 也称 为 GCT（ Gate-Commutated Thyristor） ,即 门 极 换 流 晶 闸 管 ， 是 20 世 纪 90 年 代 后 期出 现 的 新 型 电 力 电 子 器 件 。 IGCT 将 IGBT 与 GTO 的 优 点 结 合 起 来 ， 其 容 量 与 GTO相 当 ， 但 开 关 速 度 比 GTO 快 10 倍 ， 而 且 可 以 省 去 GTO 应 用 是 庞 大 而 复 杂 的 缓 冲 电路 ， 只 不 过 其 所 需 的 驱 动 功 率 仍 然 很 大 。 目 前 ， IGCT 正 在 与 IGBT 以 及 其 他 新 型 器件 激 烈 竞 争 ， 试 图 最 终 取 代 GTO 在 大 功 率 场 合 的 位 置 。