常用的功率半導(dǎo)體器件盤點匯總

　　電力電子器件（Power Electronic Device），又稱為功率半導(dǎo)體器件，用于電能變換和電能控制電路中的大功率（通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安，電壓為數(shù)百伏以上）電子器件?？梢苑譃榘肟匦推骷?、全控型器件和不可控型器件，其中晶閘管為半控型器件，承受電壓和電流容量在所有器件中最高；電力二極管為不可控器件，結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠；還可以分為電壓驅(qū)動型器件和電流驅(qū)動型器件，其中GTO、GTR為電流驅(qū)動型器件，IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動型器件。
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　　1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶閘管

　　MCT的等效電路圖

　　MCT 是一種新型MOS 與雙極復(fù)合型器件。如上圖所示。MCT是將 MOSFET 的高阻抗、低驅(qū)動圖 MCT 的功率、快開關(guān)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(dǎo)通或關(guān)斷，它由無數(shù)單胞并聯(lián)而成。它與GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器件相比，有如下優(yōu)點：

　?。?）電壓高、電流容量大，阻斷電壓已達3 000V，峰值電流達1 000 A，最大可關(guān)斷電流密度為6 000kA/ m2；

　?。?）通態(tài)壓降小、損耗小，通態(tài)壓降約為11V；

　?。?）極高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已達 20 kV/s ，di/dt為2 kA/s；

　?。?）開關(guān)速度快， 開關(guān)損耗小，開通時間約200ns，1 000 V 器件可在2 s 內(nèi)關(guān)斷；

　　2. IGCT（ Intergrated Gate Commutated Thyristors）

　　IGCT 是在晶閘管技術(shù)的基礎(chǔ)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(dǎo)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(guān)斷能力和晶閘管低通態(tài)損耗的優(yōu)點。在導(dǎo)通階段發(fā)揮晶閘管的性能，關(guān)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~ 3 MW，三電平逆變器 1~ 6 MW；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 /5 MW，三電平擴至 9 MW。

　　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］ 5 kV / 4 kA ，最高研制水平為6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也開發(fā)了直徑為88 mm 的GCT 的晶閘管IGCT 損耗低、 開關(guān)快速等優(yōu)點保證了它能可靠、高效率地用于300 kW~ 10 MW 變流器，而不需要串聯(lián)和并聯(lián)。

　　3. IEGT（ Injection Enhanced Gate Transistor） 電子注入增強柵晶體管

　　IEGT 是耐壓達 4 kV 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(yīng)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(yīng)，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 GT O 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4.5 kV/ 1 500A 的水平。

　　4. IPEM（ Intergrated Power Elactronics Mod ules） ：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(dǎo)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(dǎo)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（Power Electric Building Block） ：

　　典型的PEBB

　　電力電子積木PEBB （ Pow er Elect ric Building Block ） 是在IPEM 的基礎(chǔ)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)體模塊，但PEBB 除了包括功率半導(dǎo)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(fù)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。