IGBT與IGCT、IEGT在輕型直流輸電領域的應用對比

IGBT與集成門極換流晶閘管IGCT對比

受當前技術水平限制，IGBT的工作電流相對較小，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，如要進一步增加輸出容量，只能采用元件并聯或變流器并聯的方式。無論是采取元件串聯或并聯使用還是采用變流器并聯的方法，都會增加系統的復雜性，導致效率和可靠性的降低。

IGCT和GTO相比有著更明顯的優(yōu)勢：(1)無需關斷吸收電路，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;串聯使用時雖需關斷吸收電路，但體積比GTO的小很多;(2)門極驅動電路集成在IGCT內，對外只有門極驅動供電接口和用于傳輸觸發(fā)信號和反饋狀態(tài)的光纖，可提高變流器抗電磁干擾能力;(3)通態(tài)和關斷損耗較小。下圖是3.3kV下IGBT、GTO和IGCT對比。

圖1：IGBT與IGCT、GTO對比

通過上圖對比可以看出：IGCT損耗更少。三種器件的關斷損耗相差不大，導通損耗IGCT和IGBT相差兩倍，但IGCT驅動功率要遠比IGBT大?？傊?，IGBT在較低電壓應用時，IGBT的導通損耗較低，所以性價比高。而IGCT在較高電壓時性價比高。根據使用場合和設計標準，在1800V~3300V兩者之間有重疊。IGBT與電子注入增強柵晶體管IEGT對比

IGBT是一種MOS門極器件，它的門極由電壓驅動，開關速度高，因此在高頻領域得到了廣泛應用，但它也有一些問題，例如工作電壓低，容量小，導通壓降和損耗高，這也限制了它的應用。而IEGT是一種兼?zhèn)淦鋬?yōu)點，克服其缺點的新器件。近年來已經形成了商用產品。與傳統器件相比.它具有通態(tài)壓降低，門極驅動電流小，功率密度大，開關損耗小，速度快的優(yōu)點。圖2為IEGT和GTO門極參數對比，圖3為針對典型規(guī)格的4.5KV/3kA IEGT、GTO、IGCT性能對比。

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內部已集成了一個快速的反并聯二極管，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，只需公用一個關斷吸收電路。此外，IEGT門極驅動功率不到lW，門極驅動模塊體積很小。由于IEGT逆變器使用元件數量少，因而可靠性也得到很大提高。其典型特點如下：

●與GTO一樣具有低的導通電壓降;

●與IGBT一樣具有寬的安全工作區(qū);

●門極采用電壓驅動方式;

●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)點集于一身，它具有導通壓降低、工作頻率高、電壓型門極驅動、安全工作區(qū)寬、易于串聯使用等優(yōu)點。從功率等級和電壓等級上來講，IGCT、IEGT與IGBT的定位遠不相同，IGCT及IEGT主要應用在高壓大容量的場合，IGBT應用在低壓高頻小容量場合。綜上兩節(jié)所述，得到如下結論：

●IGCT、IEGT開關頻率都很高，在500-1000Hz之間，雖然遠不及IGBT高，但在很多場合已經足夠。

●IGCT是電流脈沖驅動，驅動功率比較大，但其門極驅動電路集成在IGCT內，對外只有門極驅動供電接口和用于傳輸觸發(fā)信號和反饋狀態(tài)的光纖，驅動體積小且簡易。IEGT是電壓驅動型器件，驅動功率與IGBT差不多。

●IGCT是晶閘管的復合管，可直接串聯，因此不必過多考慮均壓措施。而IGBT在串聯使用時應考慮均壓措施。

●IGCT與IEGT導通和關斷損耗都很低，尤其是IGCT，如果不計驅動功率，同電壓等級的IGCT損耗要比IGBT更低。

●對于IGCT和IEGT來說，4.5kV/3kA是較常用的規(guī)格，其容量和電壓等級要遠比IGBT大得多，更適合應用在大功率FACTS裝置及大功率傳動裝置中