【正文】 成門極換流晶閘管 IGCT ?IGCT（ Integrated GateCommutated Thyristor） ， 也稱GCT（ GateCommutated Thyristor） ?1997年由 ABB公司提出 ， 結(jié)合了 IGBT與 GTO的優(yōu)點 ， 容量與 GTO相當 ， 開關(guān)速度快 10倍 ， 且可省去 GTO龐大而復雜的緩沖電路 ， 只不過所需的驅(qū)動功率仍很大 。 此外 ， 其制造工藝比 GTO復雜得多 ， 電流關(guān)斷增益較小 ，因而其應(yīng)用范圍還有待拓展 。 ? 是在 SIT的漏極層上附加一層與漏極層導電類型不同的發(fā)射極層而得到的 。 ?在雷達通信設(shè)備 、 超聲波功率放大 、 脈沖功率放大和高頻感應(yīng)加熱等領(lǐng)域獲得應(yīng)用 。因此， 20世紀 80年代以來一度成為研究的熱點。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?一個 MCT器件由105個 MCT元組成，每個元的組成為：一個 PNPN晶閘管，一個控制該晶閘管開通的 MOSFET，和一個控制該晶閘管關(guān)斷的 MOSFET。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?擎住效應(yīng)曾限制 IGBT電流容量提高，20世紀 90年代中后期開始逐漸解決。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?擎住效應(yīng) 動態(tài)擎住效應(yīng)：由于 MOSFET部分關(guān)斷速度很快，使 duCE/dt很大，從而產(chǎn)生了過大的電流，使 NPN管導通。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 1)擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng) ?當 IGBT通電時，部分電流會流過 RS，在上面產(chǎn)生壓降，一般情況下，這個壓降較小，不足以使 NPN管導通。 (5) 與 MOSFET和 GTR相比，耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時保持開關(guān)頻率高的特點 。 在電壓 1000V以上時 ， 開關(guān)損耗只有 GTR的 1/10， 與電力 MOSFET相當 。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 3. IGBT的主要參數(shù) 1) 最大集射極間電壓 UCES —— 由內(nèi)部 PNP晶體管的擊穿電壓確定。 ?電流下降時間 —— iC從 90%ICM下降至 10%ICM 。 ?開通時間 ton—— 開通延遲時間與電流上升時間之和 。 ?uCE0時 ， IGBT為反向阻斷工作狀態(tài) 。 ?UT隨溫度升高而略有下降，在 +25?C時， UT的值一般為 2~6V。 ? 導通壓降：電導調(diào)制效應(yīng)使電阻 RN減小 ， 使通態(tài)壓降小 。 ?簡化等效電路表明 ， IGBT是 GTR與 MOSFET組成的達林頓結(jié)構(gòu) ， 一個由 MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管 。 ? 繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代 GTO的地位。 ?防止過電壓 ?防止過電流 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 絕緣柵雙極晶體管（ Insulatedgate Bipolar Transistor— — IGBT或 IGT） ? GTR和 MOSFET復合，結(jié)合二者的優(yōu)點，具有好的特性。 ? 一般來說，電力 MOSFET不存在二次擊穿問題，這是它的一大優(yōu)點。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 3. 電力 MOSFET的主要參數(shù) 除跨導 Gfs、開啟電壓 UT以及 td(on)、 tr、 td(off)和 tf之外還有： 1) 漏極電壓 UDS —— 電力 MOSFET電壓定額 2) 漏極直流電流 ID和漏極脈沖電流幅值 IDM —— 電力 MOSFET電流定額 3) 柵源電壓 UGS —— 柵源之間的絕緣層很薄， ?UGS?20V將導致絕緣層擊穿 。 開關(guān)頻率越高 ， 所需要的驅(qū)動功率越大 。 ? MOSFET只靠多子導電 ， 不存在少子儲存效應(yīng) ， 因而關(guān)斷過程非常迅速 。 ? 下降時間 tf—— UGS從 UGSP繼續(xù)下降起 ， iD減小 ， 到UGSUT時溝道消失 ， iD下降到零為止的時間段 。 （ UGSP是溝道進入預夾斷狀態(tài)的柵源電壓 ） –iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓 UE和漏極負載電阻決定 。 ?電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài) ， 即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換 。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?輸出特性：也稱為漏極伏安特性，基本與三極管相同。 ?UT為開啟電壓，只有 UGS大于門檻電壓 UT才有漏極電流 ID流過。 導電：在柵源極間加正電壓 UGS 柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。 ?導電機理與小功率 MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。 ?熱穩(wěn)定性優(yōu)于 GTR。當加在 BJT上的能量超過臨界值（觸發(fā)能量）時，才產(chǎn)生二次擊穿，也就是說二次擊穿需要能量 。 ? 二次擊穿 ? 一次擊穿發(fā)生時 Ic增大到某個臨界點時會突然急劇上升 ，并伴隨電壓的陡然下降 。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 2) 集電極最大允許電流 ICM ?通常規(guī)定為 hFE下降到規(guī)定值的 1/2~1/3時所對應(yīng)的 Ic ?實際使用時要留有裕量 ， 只能用到 IcM的一半或稍多一點 。 ? 負面作用是會使集電極和發(fā)射極間的飽和導通壓降 Uces增加 ， 從而增大通態(tài)損耗 。增大 ib的幅值并增大 dib/dt， 可縮短延遲時間 ， 同時可縮短上升時間 ， 從而加快開通過程 。這時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都是正向偏置，即UBE0， UBC0，電流增益和導通壓降 UCE均達到最小值， GTR進入飽和區(qū)（ IV區(qū)）。 ? 在電力電子電路中 GTR工作在開關(guān)狀態(tài) ， 即工作在截止區(qū)或飽和區(qū) ? 在開關(guān)過程中 ， 即在截止區(qū)和飽和區(qū)之間過渡時 ， 要經(jīng)過放大區(qū) 共發(fā)射極接法時 GTR的輸出特性 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ◤ 該圖表示集電極電流 IC 與集射極電壓 UCE的關(guān)系，其參變量為 IB，特性上的四個區(qū)域反映了 GTR的四種工作狀態(tài)。 ?采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成 ?；窘Y(jié)構(gòu)有 NPN和 PNP兩種。 20世紀 80年代是 GTR發(fā)展和應(yīng)用的全盛時期。這是 GTO的一個主要缺點。 GTO的儲存時間隨陽極電流的增大而增大，下降時間一般小于 2?s。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) 3. GTO的主要參數(shù) 許多參數(shù)和普通晶閘管相應(yīng)的參數(shù)意義相同，以下只介紹意義不同的參數(shù)。 ?殘存載流子復合 —— 尾部時間tt 。 ，對制造工藝提出極高的要求，它要求必須保持所有 GTO元特性一致，開通或關(guān)斷速度不一致，會使 GTO元因電流過大而損壞。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?使用中要注意的問題： ，導通時的管壓降較大，增加了通態(tài)損耗。 ?要關(guān)斷時，在 GTO門極加一個負偏壓，使 V1的集電極電流被抽出，形成門極負電流 IG，由于 IC1被抽走，使 V2的基極電流減小，進而使其集電極電流 IC2減小，于是引起 IC1的進一步下降。 ?而當 α1+α2＞ 1時，晶閘管飽和導通。 RNPNPNPAGSKEGIGEAIKIc2Ic1IAV1V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)? 由 P1N1P2和 N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管 V V2分別具有共基極電流增益 α1和 α2。 ?GTO在許多方面并不占優(yōu)勢，但它的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。 ?但與晶閘管不同，可以通過在門極施加負的脈沖電流使其關(guān)斷。 c)圖1 1 3AG K G GKN1P1N2N2 P2b)a)AGK GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號 a) 各單元的陰極、門極間隔排列的圖形 b) 并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖 c) 電氣圖形符號 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ? 工作原理： ? 與普通晶閘管一樣 ， 可以用雙晶體管模型來分析 。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?在該式中，我們還可以看出：在正反饋的作用下， α1+α2會從一個較小的值逐漸增大，當 α1+α2=1時，式中 IG=0,即這時晶閘管已經(jīng)導通，門極電流可以為零了。 太原工業(yè)學院自動化系 2022/6/3 電力電子技術(shù) ?由于 α1+α2=1是器件的臨界導通條件，若