常用的功率半導體器件

　　1、MCT（MOSControlledThyristor）：MOS控制晶閘管

　　MCT是一種新型MOS與雙極復合型器件。如圖所示。MCT是將MOSFET的高阻抗、低驅(qū)動圖MCT的功率、快開關速度的特性與晶閘管的高壓、大電流特型結(jié)合在一起，形成大功率、高壓、快速全控型器件。實質(zhì)上MCT是一個MOS門極控制的晶閘管。它可在門極上加一窄脈沖使其導通或關斷，它由無數(shù)單胞并聯(lián)而成。

　　2、IGCT（IntergratedGateCommutatedThyristors）

　　IGCT是在晶閘管技術(shù)的基礎上結(jié)合IGBT和GTO等技術(shù)開發(fā)的新型器件，適用于高壓大容量變頻系統(tǒng)中，是一種用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導體器件。

　　IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動器在外圍以低電感方式連接，結(jié)合了晶體管的穩(wěn)定關斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點。在導通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關斷階段呈現(xiàn)晶體管的特性。IGCT芯片在不串不并的情況下，二電平逆變器功率0.5~3MW，三電平逆變器1~6MW；若反向二極管分離，不與IGCT集成在一起，二電平逆變器功率可擴至4/5MW，三電平擴至9MW。

　　目前，IGCT已經(jīng)商品化，ABB公司制造的IGCT產(chǎn)品的最高性能參數(shù)為4［1］5kV/4kA，最高研制水平為6kV/4kA。1998年，日本三菱公司也開發(fā)了直徑為88mm的GCT的晶閘管IGCT損耗低、開關快速等優(yōu)點保證了它能可靠、高效率地用于300kW~10MW變流器，而不需要串聯(lián)和并聯(lián)。

　　3、IEGT（InjectionEnhancedGateTransistor）電子注入增強柵晶體管

　　IEGT是耐壓達4kV以上的IGBT系列電力電子器件，通過采取增強注入的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了低通態(tài)電壓，使大容量電力電子器件取得了飛躍性的發(fā)展。IEGT具有作為MOS系列電力電子器件的潛在發(fā)展前景，具有低損耗、高速動作、高耐壓、有源柵驅(qū)動智能化等特點，以及采用溝槽結(jié)構(gòu)和多芯片并聯(lián)而自均流的特性，使其在進一步擴大電流容量方面頗具潛力。另外，通過模塊封裝方式還可提供眾多派生產(chǎn)品，在大、中容量變換器應用中被寄予厚望。日本東芝開發(fā)的IECT利用了電子注入增強效應，使之兼有IGBT和GTO兩者的優(yōu)點：低飽和壓降，安全工作區(qū)（吸收回路容量僅為GTO的十分之一左右），低柵極驅(qū)動功率（比GTO低兩個數(shù)量級）和較高的工作頻率。器件采用平板壓接式電機引出結(jié)構(gòu)，可靠性高，性能已經(jīng)達到4.5kV/1500A的水平。

　　4、IPEM（IntergratedPowerElactronicsModules）：集成電力電子模塊

　　IPEM是將電力電子裝置的諸多器件集成在一起的模塊。它首先是將半導體器件MOSFET，IGBT或MCT與二極管的芯片封裝在一起組成一個積木單元，然后將這些積木單元迭裝到開孔的高電導率的絕緣陶瓷襯底上，在它的下面依次是銅基板、氧化鈹瓷片和散熱片。在積木單元的上部，則通過表面貼裝將控制電路、門極驅(qū)動、電流和溫度傳感器以及保護電路集成在一個薄絕緣層上。IPEM實現(xiàn)了電力電子技術(shù)的智能化和模塊化，大大降低了電路接線電感、系統(tǒng)噪聲和寄生振蕩，提高了系統(tǒng)效率及可靠性。

　　5、PEBB（PowerElectricBuildingBlock）：

　　電力電子積木PEBB（PowerElectricBuildingBlock）是在IPEM的基礎上發(fā)展起來的可處理電能集成的器件或模塊。PEBB并不是一種特定的半導體器件，它是依照最優(yōu)的電路結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計的不同器件和技術(shù)的集成。典型的PEBB上圖所示。雖然它看起來很像功率半導體模塊，但PEBB除了包括功率半導體器件外，還包括門極驅(qū)動電路、電平轉(zhuǎn)換、傳感器、保護電路、電源和無源器件。PEBB有能量接口和通訊接口。通過這兩種接口，幾個PEBB可以組成電力電子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以像小型的DC-DC轉(zhuǎn)換器一樣簡單，也可以像大型的分布式電力系統(tǒng)那樣復雜。一個系統(tǒng)中，PEBB的數(shù)量可以從一個到任意多個。多個PEBB模塊一起工作可以完成電壓轉(zhuǎn)換、能量的儲存和轉(zhuǎn)換、陰抗匹配等系統(tǒng)級功能，PEBB最重要的特點就是其通用性。

　　6、超大功率晶閘管

　　晶閘管（SCR）自問世以來，其功率容量提高了近3000倍?，F(xiàn)在許多國家已能穩(wěn)定生產(chǎn)8kV/4kA的晶閘管。日本現(xiàn)在已投產(chǎn)8kV/4kA和6kV/6kA的光觸發(fā)晶閘管（LTT）。美國和歐洲主要生產(chǎn)電觸發(fā)晶閘管。近十幾年來，由于自關斷器件的飛速發(fā)展，晶閘管的應用領域有所縮小，但是，由于它的高電壓、大電流特性，它在HVDC、靜止無功補償（SVC）、大功率直流電源及超大功率和高壓變頻調(diào)速應用方面仍占有十分重要的地位。預計在今后若干年內(nèi)，晶閘管仍將在高電壓、大電流應用場合得到繼續(xù)發(fā)展。

　　現(xiàn)在，許多生產(chǎn)商可提供額定開關功率36MVA（6kV/6kA）用的高壓大電流GTO。傳統(tǒng)GTO的典型的關斷增量僅為3～5。GTO關斷期間的不均勻性引起的“擠流效應”使其在關斷期間dv/dt必須限制在500～1kV/μs。為此，人們不得不使用體積大、昂貴的吸收電路。另外它的門極驅(qū)動電路較復雜和要求較大的驅(qū)動功率。到目前為止，在高壓（VBR》3.3kV）、大功率（0.5～20MVA）牽引、工業(yè)和電力逆變器中應用得最為普遍的是門控功率半導體器件。目前，GTO的最高研究水平為6in、6kV/6kA以及9kV/10kA。為了滿足電力系統(tǒng)對1GVA以上的三相逆變功率電壓源的需要，近期很有可能開發(fā)出10kA/12kV的GTO，并有可能解決30多個高壓GTO串聯(lián)的技術(shù)，可望使電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用方面再上一個臺階。

　　7、脈沖功率閉合開關晶閘管

　　該器件特別適用于傳送極強的峰值功率（數(shù)MW）、極短的持續(xù)時間（數(shù)ns）的放電閉合開關應用場合，如：激光器、高強度照明、放電點火、電磁發(fā)射器和雷達調(diào)制器等。該器件能在數(shù)kV的高壓下快速開通，不需要放電電極，具有很長的使用壽命，體積小、價格比較低，可望取代目前尚在應用的高壓離子閘流管、引燃管、火花間隙開關或真空開關等。

　　該器件獨特的結(jié)構(gòu)和工藝特點是：門-陰極周界很長并形成高度交織的結(jié)構(gòu)，門極面積占芯片總面積的90%，而陰極面積僅占10%；基區(qū)空穴-電子壽命很長，門-陰極之間的水平距離小于一個擴散長度。上述兩個結(jié)構(gòu)特點確保了該器件在開通瞬間，陰極面積能得到100%的應用。此外，該器件的陰極電極采用較厚的金屬層，可承受瞬時峰值電流。

　　8、新型GTO器件-集成門極換流晶閘管

　　當前已有兩種常規(guī)GTO的替代品：高功率的IGBT模塊、新型GTO派生器件-集成門極換流IGCT晶閘管。IGCT晶閘管是一種新型的大功率器件，與常規(guī)GTO晶閘管相比，它具有許多優(yōu)良的特性，例如，不用緩沖電路能實現(xiàn)可靠關斷、存貯時間短、開通能力強、關斷門極電荷少和應用系統(tǒng)（包括所有器件和外圍部件如陽極電抗器和緩沖電容器等）總的功率損耗低等。