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變頻器功率開關(guān)器件的種類

一、GTO

門極可關(guān)斷（GTO）晶閘管是目前能承受電壓最高和流過電流最大的全控型（亦稱自關(guān)斷）器件。它能由門極控制導(dǎo)通和關(guān)斷,，具有電流密度大、管壓降低,、導(dǎo)通損耗小,、dv/dt耐量高等突出優(yōu)點(diǎn)，目前已達(dá)6kV/6kA的生產(chǎn)水平,，大功率應(yīng)用,。但是GTO有不足之處，那就是門極為電流控制,，驅(qū)動電路復(fù)雜,，驅(qū)動功率大（關(guān)斷增益β=3～5）；關(guān)斷過程中內(nèi)部成百甚至上千個(gè)GTO元胞不均勻性引起陰極電流收縮（擠流）效應(yīng),，必須限制dv/dt,。為此需要緩沖電路（亦稱吸收電路），而緩沖電路既增大體積,、重量,、成本，又徒然增加損耗,。另外,，“拖尾"電流使關(guān)斷損耗大，因而開關(guān)頻率低,。

二,、IGBT

絕緣柵雙極晶體管（IGBT），它是一種復(fù)合型全控器件,，具有MOSFET（輸入阻抗高,、開關(guān)速度快）和GTR（耐壓高、電流密度大）二者的優(yōu)點(diǎn),。柵極為電壓控制,，驅(qū)動功率小,；開關(guān)損耗小,，工作頻率高；沒有二次擊穿,，不需緩沖電路,；是目前中等功率電力電子裝置中的主流器件。除低壓IGBT（1700V/1200A）外,，已開發(fā)出高壓IGBT,，可達(dá)3.3kV/1.2kA或4.5kV/0.9kA的水平。IGBT的不足之處是,，高壓IGBT內(nèi)阻大,，因而導(dǎo)通損耗大；低壓IGBT用于高壓需多個(gè)串聯(lián),。

二,、IGCT和SGCT

在GTO的基礎(chǔ)上，近年開發(fā)出一種門極換流晶閘管（GCT）,，它采用了一些新技術(shù),，如：穿透型陽極，使電荷存儲時(shí)間和拖尾電流減小,，制約了二次擊穿,，可無緩沖器運(yùn)行；加N緩沖層,，使硅片厚度以及通態(tài)損耗和開關(guān)損耗減少,；特殊的環(huán)狀門極，使器件開通時(shí)間縮短且串,、并聯(lián)容易,。因此，GCT除有GTO高電壓,、大電流,、低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)，又改善了其開通和關(guān)斷性能,，使工作頻率有所提高,。

為了盡快（例如1μs內(nèi)）將器件關(guān)斷，要求在門極PN不致?lián)舸┑模?0V下能獲得快于4000A/μs的變化率,，以使陽極電流全部經(jīng)門極極快泄流（即關(guān)斷增益為1）,，必須采用低電感觸發(fā)電路（例如門極電路最大電?lt;5nH）。為此,，將這種門極電路配以MOSFET強(qiáng)驅(qū)動與GCT功率組件集成在一起,，構(gòu)成集成門極換流晶閘管（IGCT）。其改進(jìn)形式之一則稱為對稱門極換流晶閘管（SGCT）,。兩者具有相似的特性,。IGCT還可將續(xù)流二極管做在同一芯片上集成逆導(dǎo)型,，可使裝置中器件數(shù)量減少。

表1為GTO,、IGCT,、IGBT一些能數(shù)的比較?？梢钥闯?，在1kHz以下，IGCT有一定優(yōu)點(diǎn),；在較高工作頻率下,，高壓IGBT更具優(yōu)勢。

表1 GTO,、IGCT,、IGBT參數(shù)比較

除上述三種器件外，現(xiàn)在還在開發(fā)一些新器件,，例如新型大功率IGBT模塊——“注入增強(qiáng)柵極晶體管"（IEGT）,，它兼有IGBT和GTO二者優(yōu)點(diǎn)，即開關(guān)特性相當(dāng)于IGBT,，工作頻率高,，柵極驅(qū)動功率小（比GTO小二個(gè)數(shù)量級）,；而由于電子發(fā)射區(qū)注入增強(qiáng),，使器件的飽和壓降進(jìn)一步減小,；功率相同時(shí),，緩沖電路的容量為GTO的1/10，安全工作區(qū)寬?，F(xiàn)已有4.5kV/1kA的器件,，可望在高頻下獲得應(yīng)用。