IGBT、IGCT和IEGT的技术对比分析

IGBT、IGCT和IEGT的技术对比分析

IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、IGCT（集成门极换流晶闸管）和IEGT（电子注入增强栅晶体管）是三种重要的功率半导体器件，它们在电力电子领域有着广泛的应用。本文将详细介绍这三种器件的性能特点、应用场景以及它们之间的区别和联系。

IGBT与IGCT对比

受当前技术水平限制，IGBT的工作电流相对较小，比较常用的中高压大功率IGBT有1700V/2400A、3300V/1200A、4500V/900A、6500V/600A等几种规格，采用单元件的变流器输出容量一般不超过1.6 MVA，如要进一步增加输出容量，只能采用元件并联或变流器并联的方式。无论是采取元件串联或并联使用还是采用变流器并联的方法，都会增加系统的复杂性，导致效率和可靠性的降低。

IGCT和GTO相比有着更明显的优势：

1. 无需关断吸收电路，可减小变流器的体积和重量，提高变流器的效率和可靠性，降低成本；串联使用时虽需关断吸收电路，但体积比GTO的小很多；
2. 门极驱动电路集成在IGCT内，对外只有门极驱动供电接口和用于传输触发信号和反馈状态的光纤，可提高变流器抗电磁干扰能力；
3. 通态和关断损耗较小。

下图是3.3kV下IGBT、GTO和IGCT对比：

通过上图对比可以看出：IGCT损耗更少。三种器件的关断损耗相差不大，导通损耗IGCT和IGBT相差两倍，但IGCT驱动功率要远比IGBT大。总之IGBT在较低电压应用时，IGBT的导通损耗较低，所以性价比高。而IGCT在较高电压时性价比高。根据使用场合和设计标准，在1800V~3300V两者之间有重叠。

IGBT与IEGT对比

IGBT是一种MOS门极器件，它的门极由电压驱动，开关速度高，因此在高频领域得到了广泛应用。但它也有一些问题，例如工作电压低，容量小，导通压降和损耗高，这也限制了它的应用。而IEGT是一种兼备其优点，克服其缺点的新器件。近年来已经形成了商用产品。与传统器件相比，它具有通态压降低，门极驱动电流小，功率密度大，开关损耗小，速度快的优点。

图2为IEGT和GTO门极参数对比，图3为针对典型规格的4.5KV/3kA IEGT、GTO、IGCT性能对比。

IEGT的优越性能决定了它非常适合在各种大功率变流器中使用。IEGT内部已集成了一个快速的反并联二极管，且IEGT具有很宽的安全工作区并能承受较高的dv/dt和di/dt，因此IEGT逆变器无需阳极电抗，只需公用一个关断吸收电路。此外，IEGT门极驱动功率不到IW，门极驱动模块体积很小。由于IEGT逆变器使用元件数量少，因而可靠性也得到很大提高。其典型特点如下：

• 与GTO一样具有低的导通电压降；
• 与IGBT一样具有宽的安全工作区；
• 门极采用电压驱动方式；
• 较高的工作频率500-1000Hz；
• 高可靠性。

综上比较，IEGT将GTO和IGBT的优点集于一身，它具有导通压降低、工作频率高、电压型门极驱动、安全工作区宽、易于串联使用等优点。

从功率等级和电压等级上来讲，IGCT、IEGT与IGBT的定位远不相同，IGCT及IEGT主要应用在高压大容量的场合，IGBT应用在低压高频小容量场合。

总结

综上所述，我们可以得出以下结论：

• IGCT、IEGT开关频率都很高，在500-1000Hz之间，虽然远不及IGBT高，但在很多场合已经足够。
• IGCT是电流脉冲驱动，驱动功率比较大，但其门极驱动电路集成在IGCT内，对外只有门极驱动供电接口和用于传输触发信号和反馈状态的光纤，驱动体积小且简易。IEGT是电压驱动型器件，驱动功率与IGBT差不多。
• IGCT是晶闸管的复合管，可直接串联，因此不必过多考虑均压措施。而IGBT在串联使用时应考虑均压措施。
• IGCT与IEGT导通和关断损耗都很低，尤其是IGCT，如果不计驱动功率，同电压等级的IGCT损耗要比IGBT更低。
• 对于IGCT和IEGT来说，4.5kV/3kA是较常用的规格，其容量和电压等级要远比IGBT大得多，更适合应用在大功率FACTS装置及大功率传动装置中。