晶闸管和IGBT有什么区别.docVIP

晶闸管和IGBT有什么区别？功率晶闸管（SCR）在过去相当一段时间里，几乎是能够承受高电压和大电流的唯一半导体器件。因此，针对SCR的不足，人们又研制开发出了门极关断晶闸管（GTO）。用GTO晶闸管作为逆变器件取得了较为满意的结果，但其关断控制较易失败，仍较复杂，工作频率也不够高。几乎与此同时，电力晶体管（GTR）迅速发展了起来。?绝缘栅双极晶体管IGBT是MOSFET和GTR相结合的产物。其主体部分与晶体管相同，也有集电极和发射极，但驱动部分却和场效应晶体管相同，是绝缘栅结构。IGBT的工作特点是，控制部分与场效应晶体管相同，控制信号为电压信号?UGE，输人阻抗很高，栅极电流I?G≈0，故驱动功率很小。而其主电路部分则与GTR相同，工作电流为集电极电流，工作频率可达20kHz。由IGBT作为逆变器件的变频器载波频率一般都在10kHz以上，故电动机的电流波形比较平滑，基本无电磁噪声。?虽然硅双极型及场控型功率器件的研究已趋成熟，但是它们的性能仍待提高和改善，而1996年出现的集成门极换流晶闸管（IGCT）有迅速取代?GTO的趋势。集成门极换流晶闸管（IGCT）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器件。门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一个新型电力半导体器件，它不仅与GTO有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，兼有GTO和IGBT之所长，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件。IGCT芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器容量0.5～3MVA，三电平逆变器1～6MVA；若反向二极管分离，不与IGCT集成在一起，二电平逆变器容量可扩至4.?5MVA，三电平扩至9MVA。目前IGCT已经商品化，ABB公司制造的IGCT产品的最高性能参数为?4.5kV／4kA，最高研制水平为6kV/4kA[1]。1998?年，日本三菱公司也开发了直径为88mm的6kV/4kA的GCT晶闸随着电力电子器件的发展。特别是VDMOS管(垂直沟道MOS管，也可称功率场效应管)和IGBT(隔离栅双极晶体管)的发展和成熟，使得采用开关式发生器成为可能，实际上开关型发生器的发展是开关电源的成果之一，下面着重讨论晶体管开关型发生器．??? ??? 开关型发生器的原理是通过调节开关管的占空比(或导道与截止时间)采控制输出的功率。由于晶体管在截止和饱和导通时的功耗很小，因此这种开关型发生器的特点是：??? ??? (1)功耗低，效率高：开关管在开关瞬时的功耗较大，但时间很短，在截止或导道时的功耗很小．时间较长，因此总的功耗较小，而且基本恒定．最高效率可以达到90％以上．??? ??? {2)体积小．重量轻：由于效率高，功耗低．使得散热要求较低，而且各个开关管可以推动的功率较大，加上直流电源直接变换使用，不需电源变压器降压，因此它的体积较小，重量轻，单位功率所占的体积和重量值较小．??? (3)可靠性好．与微处理器等配合较容易，电子器件在工作时的温升较低，工作就可靠，加上全数字(开关)输出，可用微处理器直接控制．??? ??? 3 4三种类型发生器主要性能特点(见表1)??? ??? 4．开关型发生器发展的几个过程??? 开关型发生器的发展其实与开关型电源的发展息息相关，而开关型电源发展又与电力电子开关器件的发展紧密相连，电力电子开关器件的发展过程如下(见表2)：??? ??? 表2 电力电子开关器件的发展过程??? ??? ??? 20世纪50年代 20世纪60年代 20世纪70年代 20世纪80年代 20世纪90年代 ??? 可控硅SCR（晶闸管） 快速晶闸管 可关断晶闸管 1高压GTR??? 2 IGCT??? 3 MCT(MOS晶闸管)??? 大功率，大容量，高性能，省吸收与IGBT结合，优势互补 ??? 电力晶体管GTR 1 IGBT绝缘栅晶体管??? 2 功率MOS 1 高速IGBT，WARP-SPEED??? 2 低电荷功率MOSFET ??? ??? ??? ??? 第一种型式是用双极开关晶体管(双极型开关晶体管)作为开关电源的开关管，它的主要缺点是由于双极开关管的上升、下降时延较大，开关频率不能太高(一般在20KHz以下)．线路成熟，价格低．在开关电源场合还有很多应用，但在超声波发生器中由于开关频率表2电力电子开关器件的发展过程低，没有太大的应用．??? ??? 第二种型式是用VDMOS管(垂直沟道MOS管，或称功率MOS管)，VDMOS管也有几代的发展，其主要优点是：开关频率高(可达1MHz)，驱动简单(电压型驱动)，抗击穿性妤(没有雪崩效应)，缺点是耐高压的器件，导通电阻大．在高压大电流场合功耗较大，因此大功率(1 500W以上)