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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栅较驱动电路集成在一起,再与其栅较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、电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、损耗低等特点,而且造成本低,成品率高,有很好的应用前景。采用晶闸管技术的GTO是常用的大功率开关器件,它相对于采用晶体管技术的IGBT在截止电压上有更高的性能,但广泛应用的标准GTO驱动技术造成不均匀的开通和关断过程,需要高成本的dv/dt和di/dt吸收电路和较大功率的栅较驱动单元,因而造成可靠性下降,价格较高,也不利于串联。但是,在大功率MCT技术尚未成熟以前,IGCT已经成为高压大功率低频交流器的优选方案。
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近年来,在新能源输送和大规模储能的驱动下,直流电网在**的发展势不可挡。高压大容量功率半导体器件作为MMC、直流断路器、直流变压器、直流耗能装置等直流主干网络关键装备的核心元件,是学术研究的*话题,也是产业应用的关注热点。IGBT具有驱动功率小而且驱动电路简单、开关速度快、耐压高、电流大等优点,在柔性直流电网中得到了广泛的应用。而事实上,尽管IGBT优势**,但是相比电流型器件,仍然存在通态压降大、可靠性低、制造成本高等问题,具有很多改进的空间。尤其是在高压大容量应用中,所使用的开关器件数量非常大,若能改进这些特性,进一步提高效率和可靠性、减小成本,将会具有很大的吸引力和应用前景。
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IGCT集成门较换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors) ,它是将GTO芯片与反并联二极管和门较驱动电路集成在一起,再与其门较驱动器在外围以低电感方式连接而成。也就是门较集成化的GTO(Gate Turn Off)。
IGCT在整流环节中与SCR一脉相承,SCR是Silicon Controlled Rectifier的缩写,是可控硅整流器的简称。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型。它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点,被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。
单向可控硅是一种可控整流电子元件,能在外部控制信号作用下由关断变为导通,但一旦导通,外部信号就无法使其关断,只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件,与具有一个PN结的二极管相比,单向可控硅正向导通受控制较电流控制;与具有两个PN结的三极管相比,差别在于可控硅对控制较电流没有放大作用。双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅,是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的(都从N层引出),所以它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极,而是把与控制较相近的叫做**电极A1,另一个叫做*二电极A2。双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是因为双向可控硅在一个方向导通结束时,硅片在各层中的载流子还没有回到截止状态的位置,必须采取相应的保护措施。双向可控硅元件主要用于交流控制电路,如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。可控硅在维持电流以上一直处于开通状态,关断电流高,控制困难,关断速度较慢。逆变环节中,在LCI(负载换相逆变器)中SCR具有优异表现,可做到**大功率,电压高、电流也大。二极管(Diode,不可控整流器件)和SCR(半可控)整流均不需要PMW即可满足两象限变频器工作,PWM需要用IGBT(全控)等器件。
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