IGBT與IGCT、IEGT在輕型直流輸電領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)比

IGBT與集成門極換流晶閘管IGCT對(duì)比

受當(dāng)前技術(shù)水平限制，IGBT的工作電流相對(duì)較小，比較常用的中高壓大功率IGBT有1700V/ 2400A、3300V/1200A、4500V/900 A、6 500 V/600 A等幾種規(guī)格，采用單元件的變流器輸出容量一般不超過1.6 MVA，如要進(jìn)一步增加輸出容量，只能采用元件并聯(lián)或變流器并聯(lián)的方式。無論是采取元件串聯(lián)或并聯(lián)使用還是采用變流器并聯(lián)的方法，都會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，導(dǎo)致效率和可靠性的降低。

IGCT和GTO相比有著更明顯的優(yōu)勢(shì)：(1)無需關(guān)斷吸收電路，可減小變流器的體積和重量，提高變流器的效率和可靠性，降低成本;串聯(lián)使用時(shí)雖需關(guān)斷吸收電路，但體積比GTO的小很多;(2)門極驅(qū)動(dòng)電路集成在IGCT內(nèi)，對(duì)外只有門極驅(qū)動(dòng)供電接口和用于傳輸觸發(fā)信號(hào)和反饋狀態(tài)的光纖，可提高變流器抗電磁干擾能力;(3)通態(tài)和關(guān)斷損耗較小。下圖是3.3kV下IGBT、GTO和IGCT對(duì)比。

圖1：IGBT與IGCT、GTO對(duì)比

通過上圖對(duì)比可以看出：IGCT損耗更少。三種器件的關(guān)斷損耗相差不大，導(dǎo)通損耗IGCT和IGBT相差兩倍，但I(xiàn)GCT驅(qū)動(dòng)功率要遠(yuǎn)比IGBT大。總之，IGBT在較低電壓應(yīng)用時(shí)，IGBT的導(dǎo)通損耗較低，所以性價(jià)比高。而IGCT在較高電壓時(shí)性價(jià)比高。根據(jù)使用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在1800V~3300V兩者之間有重疊。IGBT與電子注入增強(qiáng)柵晶體管IEGT對(duì)比

IGBT是一種MOS門極器件，它的門極由電壓驅(qū)動(dòng)，開關(guān)速度高，因此在高頻領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但它也有一些問題，例如工作電壓低，容量小，導(dǎo)通壓降和損耗高，這也限制了它的應(yīng)用。而IEGT是一種兼?zhèn)淦鋬?yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)的新器件。近年來已經(jīng)形成了商用產(chǎn)品。與傳統(tǒng)器件相比.它具有通態(tài)壓降低，門極驅(qū)動(dòng)電流小，功率密度大，開關(guān)損耗小，速度快的優(yōu)點(diǎn)。圖2為IEGT和GTO門極參數(shù)對(duì)比，圖3為針對(duì)典型規(guī)格的4.5KV/3kA IEGT、GTO、IGCT性能對(duì)比。

IEGT的優(yōu)越性能決定了它非常適合在各種大功率變流器中使用。IEGT內(nèi)部已集成了一個(gè)快速的反并聯(lián)二極管，且IEGT具有很寬的安全工作區(qū)并能承受較高的dv/dt和di/dt，因此IEGT逆變器無需陽極電抗，只需公用一個(gè)關(guān)斷吸收電路。此外，IEGT門極驅(qū)動(dòng)功率不到lW，門極驅(qū)動(dòng)模塊體積很小。由于IEGT逆變器使用元件數(shù)量少，因而可靠性也得到很大提高。其典型特點(diǎn)如下：

●與GTO一樣具有低的導(dǎo)通電壓降;

●與IGBT一樣具有寬的安全工作區(qū);

●門極采用電壓驅(qū)動(dòng)方式;

●較高的工作頻率500-1000Hz;

●高可靠性。綜上比較，IEGT將GTO和IGBT的優(yōu)點(diǎn)集于一身，它具有導(dǎo)通壓降低、工作頻率高、電壓型門極驅(qū)動(dòng)、安全工作區(qū)寬、易于串聯(lián)使用等優(yōu)點(diǎn)。從功率等級(jí)和電壓等級(jí)上來講，IGCT、IEGT與IGBT的定位遠(yuǎn)不相同，IGCT及IEGT主要應(yīng)用在高壓大容量的場(chǎng)合，IGBT應(yīng)用在低壓高頻小容量場(chǎng)合。綜上兩節(jié)所述，得到如下結(jié)論：

●IGCT、IEGT開關(guān)頻率都很高，在500-1000Hz之間，雖然遠(yuǎn)不及IGBT高，但在很多場(chǎng)合已經(jīng)足夠。

●IGCT是電流脈沖驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率比較大，但其門極驅(qū)動(dòng)電路集成在IGCT內(nèi)，對(duì)外只有門極驅(qū)動(dòng)供電接口和用于傳輸觸發(fā)信號(hào)和反饋狀態(tài)的光纖，驅(qū)動(dòng)體積小且簡(jiǎn)易。IEGT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，驅(qū)動(dòng)功率與IGBT差不多。

●IGCT是晶閘管的復(fù)合管，可直接串聯(lián)，因此不必過多考慮均壓措施。而IGBT在串聯(lián)使用時(shí)應(yīng)考慮均壓措施。

●IGCT與IEGT導(dǎo)通和關(guān)斷損耗都很低，尤其是IGCT，如果不計(jì)驅(qū)動(dòng)功率，同電壓等級(jí)的IGCT損耗要比IGBT更低。

●對(duì)于IGCT和IEGT來說，4.5kV/3kA是較常用的規(guī)格，其容量和電壓等級(jí)要遠(yuǎn)比IGBT大得多，更適合應(yīng)用在大功率FACTS裝置及大功率傳動(dòng)裝置中