变频电源的功率器件总概

20世纪60年代电力电子器件从SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率品体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管)、SIT(静电感应晶体管)、SIH(电感应晶闸管)MCT(MOS控制品体管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管)，器件的发展促使电力变换技术的不断发展。

门极可关断(CTO)晶闸管是目前能承受电压最高和流过电流最大的全控型(亦称自关断)开关器件。它能由门极控制导通和关断，具有电流密度大、管压降低、导通损耗小、du/dt 耐量高等突出优点，目前GT0额定电压和额定电流已6kV/6kA的生产水平，最适合大功率应用。但是GTO也有其不足之处，那就是门极为电流控制，驱动电路复杂、驱动功率大(关断增益=3~5);关断过程中内部成百甚至上千个CTO元胞不均匀性引起阴极电流收缩(挤流)效应，在应用中必须采取相应的措施限制du/d。为此需要缓冲电路(亦称吸收电路)，采用缓冲电路既增大变频电源的体积、质量、成本，又增加损耗。另外，GTO“拖尾”电流使关断损耗大，因而开关频率低。在CTO的基础上，近年开发出一种门极换流晶闸管(GCT)，它采用了一些新技术，如:穿透型阳极，它使电荷存储时间和拖尾电流减小，制约了二次击穿，可无缓冲器运行;GCT的N缓冲层，使硅片厚度以及通态损耗和开关损耗减少;GCT的特殊的环状门极，使GCT开通时间缩短且串、并联容易。因此，CCT除有 CTO高电压、大电流、低导通压降的优点，又改善了其开通和关断性能，使工作频率有所提高。

为了尽快将开关器件关断(例如1ps内)，要求在门极PN不致击穿的电压下(-20V)能获得快于4000N/!s的变化率，以使阳极电流全部经门极极快泄流(即关断增益为1)，必须采用低电感触发电路。为此，将这种门极电路配以MOSFET器件与GCT功率组件集成在一起，构成集成门极换流品闸管(IGCT)。IGCT还可将续流二极管做在同一芯片上集成逆导型，可使装置中器件数量减少。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种复合型全控器件，具有MOSFET(输人阻抗高、开关速度快)和GIR(耐压高、电流密度大)二者的优点。栅极为电压控制，驱动功率小;开关损耗小工作频率高；没有二次击穿，不需缓冲电路，是目前中等功率电力电子装置中的主流器件。除低压IGBT(1700V/1200A)外，已开发出高压IGBT，可达3.3kV/1.2kA或4.5kV/0.9kA的水平。ICBT的不足之处是:高压IGBT内阻大，因而导通损耗大;低压 ICBT应用于高压电路需多个串联。表1-1为CT0、ICCT、ICBT的一些技术参数的比较。由表1-1可以得出，在1kHz以下，IGCT有一定优点;在较高工作频率下，高压IGBT则更具优势。

除上述三种器件外，现在还在开发一些新器件，例如新型大功率IGBT模块--注人增强栅极晶体管(IEGT)，它兼有IGBT和GTO二者优点，即开关特性相当于IGBT，工作频率高，栅极驱动功率小(比GT小二个数量级);而由于电子发射区注人增强，使器件的饱和压降进一步减小；功率相同时，缓冲电路的容量为GT0的1/10，安全工作区宽。现已有4.5kV/IkA的器件，可应用在高频电路。