什么是IGCT？什么是IGBT？兩者有何區(qū)別與聯(lián)系

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什么是IGCT？

IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor），中文名稱：集成門極換流晶閘管。或者稱為GCT（Gate-Commutated Thyristor），即門極換流晶閘管。它結(jié)合了 GTO（門極可關(guān)斷）晶閘管和 MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）的特性。是20世紀(jì)90年代后期出現(xiàn)的新型電力電子器件。

IGCT設(shè)備類型及其從頂側(cè)到底側(cè)的橫截面示意圖（垂直橫截面）

IGCT整體功能類似可關(guān)斷晶閘管（GTO），是完全可控的功率開關(guān)，其導(dǎo)通及關(guān)斷都是由控制信號（閘極）控制。由于結(jié)合了 MOSFET特性，與傳統(tǒng)GTO比起來它的性能更加優(yōu)異。其容量與GTO相當(dāng)，但開關(guān)速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO應(yīng)用是龐大而復(fù)雜的緩沖電路。

特性

1、開關(guān)損耗低

可任意選擇開關(guān)頻率以滿足最后應(yīng)用的需要。以前功率設(shè)備在額定電流下只能工作在250Hz以內(nèi)，而IGCT的工作頻率可以達(dá)到這個速度的4倍。例如，在電機(jī)傳動系統(tǒng)中，如選取更快的開關(guān)速度，將可以提高系統(tǒng)的效率。另一方面，如對IGCT選用較低的開關(guān)速度，逆變器系統(tǒng)的效率將有所提高，同時損耗更低。

2、輔助電路簡化

iGCT的獨(dú)特特性在于其無需緩沖電路也可以工作，這對設(shè)計來說是非常有利的。無緩沖電路的逆變器損耗低結(jié)構(gòu)緊湊、所用的元件更少、可靠性更好。iGCT結(jié)構(gòu)中集成了續(xù)流二極管，使得以IGCT為基礎(chǔ)的設(shè)備得以簡化

3、門極驅(qū)動功率低

GTO采用傳統(tǒng)的陽極短路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)通態(tài)壓降和低關(guān)斷損耗，缺導(dǎo)致了門極觸發(fā)電流的增加。IGCT采用的透明陽極發(fā)射技術(shù)使觸發(fā)電流和后沿電流很小，總的通態(tài)門極電流僅為GTO的1/10，大大減小了門極觸發(fā)幾率。

4、存儲時間短

可靠性高IGCT器件與大規(guī)模反并聯(lián)二極管的集成不但可以減小存儲時間,而且使關(guān)斷時間的絕對值和離散性大為減小，使IGCT可以安全地應(yīng)用于中高壓串聯(lián)。如果發(fā)生過電流失效，器件燒毀使其自身關(guān)斷，而不會像IGBT那樣會對鄰近的元件造成危險，加強(qiáng)了整體電路的安全性。

**PART/**2

什么是IGBT？

IGBT是雙極型三極管（BJT）和絕緣柵型場效應(yīng)管（MOS）結(jié)合組成的，綜合BJT高電流密度和MOS高輸入阻抗的特點(diǎn)，具有驅(qū)動功率小而飽和壓降低的顯著性能優(yōu)勢，在電子元器件中發(fā)揮電源開關(guān)和電能轉(zhuǎn)換兩大功能，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、工業(yè)控制、白色家電、新能源發(fā)電、軌道交通等領(lǐng)域，其中車規(guī)級IGBT的安全穩(wěn)定性要求高于消費(fèi)級和工業(yè)級IGBT。

特性

1、靜態(tài)特性

IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉(zhuǎn)移特性和開關(guān)特性。

伏安特性是指以柵源電壓Ugs 在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT ，正向電壓由J2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由J1結(jié)承擔(dān)。

轉(zhuǎn)移特性是指輸出漏極電流Id 與柵源電壓Ugs 之間的關(guān)系曲線。當(dāng)柵源電壓小于開啟電壓Ugs(th) 時，IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。

開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。IGBT 處于導(dǎo)通態(tài)時，由于它的PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其B 值極低。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET 的電流成為IGBT 總電流的主要部分

IGBT的典型開關(guān)電路圖

2、動態(tài)特性

動態(tài)特性也稱為開關(guān)特性。

IGBT的開關(guān)特性是指漏極電流和漏源極電壓之間的關(guān)系。當(dāng)IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時，其B值極低，因?yàn)槠銹NP晶體管是寬基極晶體管。雖然等效電路是達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過MOSFET的電流成為IGBT總電流的主要部分。

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兩者的區(qū)別與聯(lián)系

工藝

由上文介紹可知，IGCT是 MOSFET與GTO結(jié)合后的產(chǎn)物，因此IGCT勢必兼顧了 MOSFET的部分優(yōu)點(diǎn)。

首先我們來看一下IGCT與IGBT兩者的結(jié)構(gòu)區(qū)別以及工藝區(qū)別。

IGBT（含IEGT）與IGCT的結(jié)構(gòu)特征與主要工作特性

IGBT（含IEGT）與IGCT器件的封裝結(jié)構(gòu)對比

市場

其次，我們從市場普及率上對兩者加以區(qū)分。

相對于IGBT而言，目前IGCT的技術(shù)成熟度落后于IGBT，且投放市場的時間較晚，這便導(dǎo)致了在市場普及率上，IGBT優(yōu)于IGCT。

全球晶閘管IGCT產(chǎn)值及發(fā)展趨勢：（2018-2029）&（百萬元）

資料來源：第三方資料、新聞報道、業(yè)內(nèi)專家采訪及GlobaInfoResearch整理研究

全球與中國IGBT市場規(guī)模及增長預(yù)計：（2017-2024）&（億美元）

資料來源：質(zhì)鏈網(wǎng)

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誰將指引電力電子器件發(fā)展方向？

眾所周知，電力電子器件的發(fā)展正朝著高性能、低成本、小體積、環(huán)保的方向前進(jìn)。而在這場改變中，IGCT和IGBT中到底誰將成為電力電子器件新的領(lǐng)軍人物，亦或是其他電力電子器件脫穎而出，拿下“桂冠”，都將取決于技術(shù)創(chuàng)新的速度和市場需求的變化。關(guān)于此項(xiàng)問題，目前學(xué)術(shù)界仍爭論不斷，最終也許只能等待時間為我們交上答卷。





審核編輯：劉清