集成门极换流晶闸管原理及驱动共30页
【资料】集成门极换流晶闸管(igct)原理及驱动汇编
在结构是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联，电流可以 两个方向流通，不能承受反向电压。由于GCT与续流二极管集成在同一 个芯片上，不需要从外部并联续流二极管，变流器在结构上更加简洁， 体积更小。
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理 及驱动
一、电力电子器件的发展
20世纪60年代开始，电力电子器件得到了迅速发展，从SCR(普通晶闸 管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型晶体管)、MOSFET(金属氧 化物硅场效应管)、MCT(MOS控制晶闸管)发展到今天的IGBT(绝缘栅双 极型晶体管)、IGCT(集成门极换相晶闸管)、IECT(注入增强型门极晶体 管)、IPM(智能功率模块)。每一种新器件的出现都为电力变换技术的发 展注入了新的活力，它或拓展了电力变换的应用领域，或使相关应用领 域的电力变换装置的性能得到改善。
门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor — GTO）是在SCR问世后不久出现的全控型器件，其 电气图形如右图所示。
主要优点是：全控，容量大，工作可靠 主要缺点是：开关速度比较慢，需要门极大电流
才能实现开断，关断控制较易失败
3.电力晶体管（GTR）
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译过来
二、IGCT的结构和工作原理
1.IGCT 的分类
按内部结构来分，IGCT可以分成以下三类: (l)不对称型(Asymmetric)
在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构，器件能正向承受高电压，但不 具有承受反向电压的能力，也不能流过反向电流。一般需要从外部并联 续流二极管。 (2)反向阻断型(逆阻型)(Reverse blocking)
集成门极换流晶闸管(IGCT)原理及驱动课件
IGCT在高压直流输电中的应用
总结词
高电压、大容量
详细描述
IGCT在高压直流输电中作为核心的开关器件，能够承受高电压和大电流的冲击，保证直流输电的稳定性和可靠性 。
IGCT在轨道交通牵引系统中的应用
总结词
高频率、低损耗
详细描述
IGCT在轨道交通牵引系统中作为逆变器的主要开关器件，能够实现高频率的开关动作和低损耗的能量 转换，提高牵引系统的效率和可靠性。
触发脉冲同步与去抖动
为确保触发脉冲的有效传输和可靠触发，需要采取同步和去抖动措 施，以提高驱动系统的稳定性和可靠性。
IGCT的驱动保护技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2 3
过电流保护
当IGCT的工作电流超过额定值时，需要采取有效 的过电流保护措施，以避免设备损坏和故障扩大 。
过电压保护
当IGCT的工作电压超过额定值时，需要采取有效 的过电压保护措施，以避免设备损坏和绝缘击穿 。
IGCT在未来的应用前景
风电与光伏逆变器
利用IGCT的高效性能，实现风电和光伏系统的稳定并网。
智能电网
作为关键的电力电子器件，IGCT在智能电网的能量转换和调度 中发挥重要作用。
轨道交通
在轨道交通牵引系统中，IGCT可提高系统的能效和可靠性。
如何应对IGCT发展中的挑战
加强基础研究
加大对IGCT材料、器件结构、驱动与控制等方面的研究力度，突破 关键技术瓶颈。
本。
IGCT的应用领域
HVDC
01
FACTS
02
03
电机控制
IGCT的高电压和大电流特性使其 成为高压直流输电系统的理想选 择。
通过使用IGCT，可以灵活地控制 交流输电线路的电压和阻抗，提 高电力系统的稳定性。
IGCT简单介绍
02
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，IGCT的应用领域将
进一步拓展。
智能化和集成化
03
未来IGCT将更加注重智能化和集成化的发展，实现与其他电力
电子器件和控制系统的无缝集成。
06
IGCT市场前景与挑战
市场规模及增长趋势分析
市场规模
IGCT（集成门极换流晶闸管）市场目前处于快速增长阶段，预计未来几年市场规模将持续扩大。随着电力电子技 术的发展和新能源市场的崛起，IGCT作为一种先进的功率半导体器件，在电力转换、电机驱动等领域具有广泛的 应用前景。
提升自身竞争力。
主要厂商概述
ABB、三菱电机、西门子等国际知名半导体厂商在IGCT领域具有较高的市场份额和品 牌影响力。这些厂商在技术研发、产品创新、市场拓展等方面投入大量资源，不断推动 IGCT技术的进步和应用领域的拓展。同时，国内的一些优秀半导体企业也在积极布局
IGCT市场，通过自主研发和技术创新不断提升自身实力。
04
IGCT性能评估与测试方 法
性能评估指标体系建立
静态特性评估
包括断态重复峰值电压、反向重复峰值电压、通态平均电 流等参数，用于评估IGCT在静态条件下的耐压和耐流能力 。
动态特性评估
包括开通时间、关断时间、开通延迟时间、关断延迟时间 等参数，用于评估IGCT在动态条件下的响应速度和开关性 能。
大电流
IGCT具有较大的电 流容量，能够满足大 功率转换的需求。
低损耗
IGCT在导通和关断 过程中损耗较小，提 高了电能转换效率。
快速开关
IGCT具有快速的开 关速度，能够实现高 频率的电能转换。
应用领域及优势
电力系统
IGCT可用于高压直流输电、柔性交 流输电等领域，提高电力系统的稳定 性和效率。
晶闸管的工作原理
晶闸管的工作原理
晶闸管又称为双向可控硅，是一种电力电子器件，具有双向触发和单
向导电的特点。
它广泛应用于电力电子控制、调节、转换和变换等领域。
首先是关断状态，当晶闸管两个控制极（即阳极和门极）之间的电压
低于它的阻断电压时，晶闸管将处于关断状态。
此时通过门极的控制电流
较小，晶闸管内部的p-n结处于正向偏置状态。
关断状态下，晶闸管不导电，内部不存在主电流。
当通过门极的电流超过晶闸管的触发电流，电压上升到一定程度时，
晶闸管将进入触发和导通状态。
在这个状态下，晶闸管内部的p-n结开始
在阳极和门极之间形成通道，这个过程称为触发。
一旦触发完成，晶闸管
将开始导电，内部主电流开始流动。
接下来是持续导通状态，晶闸管在触发完成之后将一直导通，直到主
电流降到零或改变触发方式。
在持续导通状态下，晶闸管有较低的电压降，表现出较小的功耗。
最后是关断状态，当主电流降到或小于零时，晶闸管将进入关断状态。
此时，电压在晶闸管的结上再次达到阻断电压，因此电流无法继续流动，
晶闸管停止导电。
需要注意的是，即使通过门极的电流消失，晶闸管仍会
处于导通状态，只有当主电流从阳极流过p-n结到达门极时，晶闸管才能
进入关断状态。
综上所述，晶闸管的工作原理是通过门极的控制电流和电压的变化来
控制晶闸管的导通和关断状态。
通过调节门极电流和触发方式，可以实现
晶闸管的灵活控制和应用于各种电力电子系统。
集成门极换流晶闸管
集成门极换流晶闸管集成门极换流晶闸管（IGCT，Integrated Gate-Commutated Thyristor）是一种高性能功率电子器件，适用于大功率、高频应用。
它结合了晶闸管（thyristor）和摩斯场效应管（MOSFET）的优点，提供了低压降、高效率和高可靠性。
在这篇文章中，我将详细介绍集成门极换流晶闸管的工作原理、特点和应用领域。
让我们了解一下集成门极换流晶闸管的结构。
它由四个层次的PNPN结构组成，与传统的晶闸管相似。
然而，集成门极换流晶闸管在晶体控制结构上引入了摩斯场效应管的特性，使其具有更低的开启电阻和较高的开关速度。
此外，它还引入了专门的门级驱动电路，可以更好地控制晶闸管的导通和关断。
这种设计使得集成门极换流晶闸管在高频开关应用中具有更好的性能。
集成门极换流晶闸管的工作原理也是相对简单和直观的。
当施加正向电压到晶体控制结构时，晶体控制结构中的PN结变为导通状态，从而使得晶闸管导通。
相比传统晶闸管，由于集成了门级驱动电路，集成门极换流晶闸管的开启速度更快，电流上升更快。
当施加反向电压或去掉门级信号时，集成门极换流晶闸管会迅速关闭，从而截止电流。
这种可控性和高效性使得集成门极换流晶闸管在高频应用中非常有用。
集成门极换流晶闸管具有许多优点。
首先，它具有低开启电阻和较小的电压降，使得能量损耗较低。
其次，集成门极换流晶闸管具有较高的开关速度和反向恢复特性，可在高频应用中实现高效能转换。
此外，它还具有稳定的工作特性和较高的可靠性，抗过电流和过压冲击能力强。
最后，集成门极换流晶闸管的封装和散热设计也相对简单，降低了制造成本。
集成门极换流晶闸管在许多领域中都有广泛的应用。
首先，它被广泛应用于交流输电系统和高速列车的牵引系统中，以提供高效率的功率转换和电机控制。
其次，它也用于逆变器和直流电源中，以实现高频开关和能量传输。
此外，集成门极换流晶闸管还被用于电力电子设备、电动汽车和电能储存器等应用中，提供高效率、可靠性和稳定性的电源控制和传输。
集成门极换向晶闸管
集成门极换向晶闸管
集成门极换向晶闸管(Integrated Gate CommutatedThyristors-IGCT)是一种新颖的大功率电力电子器件，最早由瑞士ABB公司开发并投入市场，使特大功率的变流装置在容量、可靠性、开关速度、效率、成本、重量和体积等方面取得了成功的突破。
如3.1.3.4 节所述，GTO晶闸管具有耐压高、电流大、耐浪涌能力强等优点，但是其控制关断的技术难度甚大、门极回路对杂散电感特别敏感、工作可靠性低，使其难以推广。
IGCT是将门极换向晶闸管GCT(改进结构的GTO)、反并联二极管和极低电感的门极驱动器集成起来，使其在导通期间是一个与晶闸管一样的正反馈开关，因而具有通电电流大、开通损耗低和高阻断电压下通态压降低的特点;在关断阶段，它只需1ps左右的时间即可使门极电流达到最大关断电流Icm，在阳极电压上升前，阳极电流已降为零，即具有与晶体管模式完全一样的稳定关断特性，工作可靠、关断损耗低。
此外，它无需吸收电路;响应快(延时时间=2~3us，存储时间降到1us)，特别有利于器件的串联应用工况;平板压接工艺提高了可靠性，工作频率范围可达几百赫到几十千赫，与IGBT的开关速度相近;不需外接续流二极管，简化装置结构;内部已集成的门极驱动电路，可保证在最低成本和最低能耗条件下达到最佳运行特性;管芯面积可达130cm(ф100mm)硅片利用率大大高于IGBT。
综上所述，IGCT具有耐压高、电流大、开关速度高、可靠性高、损
耗低、结构紧凑和成品率高等一系列优点，是一种理想的功率开关器件，它在中压调速传动、高动态轧钢传动、大功率电化学变流器和铁路牵引、高压直流输电、有源滤波器、无功补偿装置等领域具有极好的推广应用前景。
集成门极换流晶闸管原理及驱动
集成门极换流晶闸管（IGCT）———原理及驱动电气信息工程学院自动化10-02班卢靖宇541001010225集成门极换流晶闸管（IGCT）集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors)1997年由ABB公司提出。
该器件是将门极驱动电路与门极换流晶闸管GCT 集成于一个整体形成的。
门极换流晶闸管GCT是基于GTO结构的一种新型电力半导体器件，它不仅有与GTO相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与IGBT相同的开关性能，即它是GTO和IGBT相互取长补短的结果，是一种较理想的兆瓦级、中压开关器件，非常适合用于6kV和10kV的中压开关电路。
主要优点是： IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点，而且制造成本低，成品率高，有很好的应用前景。
IGCT、GTO和IGBT的比较：比较的器件及容量为:IGCT----4500V/3000A，GTG---4500V/3000A， IGBT----3300V/1200A。
集成门极换流晶闸管（IGCT）的电气符号二、IGCT的结构和工作原理1.IGCT 的分类按内部结构来分，IGCT可以分成以下三类:(l)不对称型(Asymmetric)在结构上是单纯的PNPN晶闸管结构，器件能正向承受高电压，但不具有承受反向电压的能力，也不能流过反向电流。
一般需要从外部并联续流二极管。
(2)反向阻断型(逆阻型)(Reverse blocking)在结构上是一个PNPN晶闸管与一个二极管的串联，电流只能从一个方向(从阳极到阴极)流通，串联的二级管为这类器件提供了承受反向电压的能力。
(3)反向导通型(逆导型)(Reverse conducting)在结构是一个PNPN晶闸管与一个续流二极管的反向并联，电流可以两个方向流通，不能承受反向电压。
由于GCT与续流二极管集成在同一个芯片上，不需要从外部并联续流二极管，变流器在结构上更加简洁，体积更小。
晶闸管工作原理
晶闸管工作原理在现代电子技术领域中，晶闸管是一种非常重要的半导体器件，它具有广泛的应用，从电力控制到电子设备的调节都离不开它。
那么，晶闸管到底是如何工作的呢？让我们一起来深入了解一下。
晶闸管，也被称为可控硅，它看起来就像是一个小小的芯片，但内部结构却相当复杂。
简单来说，晶闸管是由四层半导体材料组成的，分别是 P 型半导体和 N 型半导体交替排列。
这四层材料形成了三个 PN 结，分别是 J1、J2 和 J3。
要理解晶闸管的工作原理，我们得先从它的导通条件说起。
晶闸管的导通需要两个条件：一是阳极和阴极之间要加上正向电压，二是控制极也要加上适当的触发电压。
当阳极接电源的正极，阴极接电源的负极，并且控制极没有触发信号时，晶闸管处于截止状态。
此时，J1 和 J3 是反向偏置的，而 J2 是正向偏置的。
由于反向偏置的 PN 结阻止了电流的通过，所以晶闸管中几乎没有电流流过，就好像是一个断开的开关。
但是，当控制极加上触发电压时，情况就发生了巨大的变化。
触发电压会在控制极附近产生一个触发电流，这个触发电流会使得靠近控制极的 P 区中的空穴大量涌入 N 区，同时 N 区中的电子也会大量涌入P 区。
这样一来，在靠近控制极的区域就形成了一个导电通道，使得J2 结失去了阻挡电流的能力。
一旦 J2 结导通，阳极和阴极之间就会有电流通过，而且这个电流会迅速增大。
这是因为一旦有了初始的电流，它会在器件内部产生正反馈机制。
也就是说，电流的增大导致了 PN 结上的压降减小，从而使得更多的载流子能够通过，进一步增大电流。
这种正反馈会使得晶闸管迅速进入完全导通状态，即使此时去掉控制极的触发电压，晶闸管也会保持导通，就像是一个闭合的开关，除非阳极和阴极之间的电流减小到维持电流以下，或者阳极和阴极之间的电压反向，晶闸管才会重新回到截止状态。
晶闸管的这种特性使得它在很多领域都有重要的应用。
比如在可控整流电路中，通过控制晶闸管的导通角，可以将交流电转换为不同大小的直流电。