文档介绍：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。
(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
(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
(GTR)
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
(MOSFET)
主要指绝缘栅型电力场效应晶体管(Metal 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)。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
(IGBT)
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
集成门极换流晶闸管(Intergrated mutated 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。
(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/3000A, IGBT----3300V/1200A。
The high power semiconductor device with integrated gate bining the best of two worlds by conducting like a thyristor and switching like a transistor.
二、IGCT的结构和工作原理
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