5SHY3545L0016可控硅模塊,分布式控制系統(tǒng)

5SHY3545L0016可控硅模塊,分布式控制系統(tǒng)

IGCT使變流裝置在功率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進(jìn)展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和柵極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其柵極驅(qū)動(dòng)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(diǎn)，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具有電流大、電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、損耗低等特點(diǎn)，而且造成本低，成品率高，有很好的應(yīng)用前景。采用晶閘管技術(shù)的GTO是常用的大功率開關(guān)器件，它相對(duì)于采用晶體管技術(shù)的IGBT在截止電壓上有更高的性能，但廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)GTO驅(qū)動(dòng)技術(shù)造成不均勻的開通和關(guān)斷過程，需要高成本的dv/dt和di/dt吸收電路和較大功率的柵極驅(qū)動(dòng)單元，因而造成可靠性下降，價(jià)格較高，也不利于串聯(lián)。但是，在大功率MCT技術(shù)尚未成熟以前，IGCT已經(jīng)成為高壓大功率低頻交流器的優(yōu)選方案。

一個(gè)普通而又平凡的清晨，你在舒適的空調(diào)溫度下醒來。打開冰箱，取出食物做一頓美美的早餐；解鎖充好電的手機(jī)，查看最新的資訊；來到公司后打開電腦，開啟一天的工作。電力悄無聲息地融入你的生活，伴你度過充實(shí)的一天。與此同時(shí)，來自火電、水電、核電以及風(fēng)電、光伏發(fā)電的電能正被源源不斷地輸送到城市和鄉(xiāng)村，供給傳統(tǒng)的能源、機(jī)械、交通、制造產(chǎn)業(yè)，以及新興的通信、航天、醫(yī)療、材料等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)使用。

但是，來自不同源頭電能的電壓、頻率各不相同，它們就像形態(tài)、大小各異的食物，其中高達(dá)75%以上的部分都必須由“廚師”進(jìn)行修整和加工，經(jīng)過“烹飪”之后才能由“粗電”變成“精電”，最終供擁有不同“口味”的設(shè)備使用，滿足復(fù)雜的用電需求。這位能夠?qū)崿F(xiàn)電能變換和控制的核心“大廚”便是功率半導(dǎo)體器件。

功率半導(dǎo)體器件也稱電力電子器件，結(jié)合不同電路拓?fù)淇梢孕纬筛黝愲娏﹄娮友b置，實(shí)現(xiàn)整流、逆變、變頻、調(diào)壓等功能。隨著功率半導(dǎo)體技術(shù)的不斷革新，從高壓輸電到城市用電，從工業(yè)變頻到醫(yī)療器械，從電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)到空調(diào)、冰箱等家用電器，再到手機(jī)、筆記本等數(shù)碼產(chǎn)品，功率半導(dǎo)體器件無處不在，與我們的生活密不可分。其中，集成門極換流晶閘管（Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT）器件作為功率半導(dǎo)體器件家族中的年輕成員于1997年首次被提出，展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿?，正成為直流電網(wǎng)的“芯”選擇。

回顧IGCT器件的發(fā)展史，要從晶閘管說起。晶閘管自從1957年在美國(guó)通用公司誕生以來，經(jīng)過隨后20多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了從低壓小電流到高壓大電流的系列產(chǎn)品，早期的大功率變流器幾乎全部采用晶閘管。半個(gè)世紀(jì)之后，晶閘管憑借其無與倫比的大容量和可靠性、技術(shù)成熟性和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，依舊在大功率變頻調(diào)速、高壓直流輸電（HVDC）、柔性交流輸電（FACTS）等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

到了20世紀(jì)70年代后期，晶閘管的一種派生器件——門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）得到了快速發(fā)展。GTO是一種全控型器件，比傳統(tǒng)晶閘管具有更大的靈活性，被廣泛應(yīng)用于軋鋼、軌道交通等需要大容量變頻調(diào)速的場(chǎng)合。但是由于GTO的驅(qū)動(dòng)電路十分復(fù)雜且功耗很大，在關(guān)斷時(shí)還需要額外的吸收電路，因此隨著后來出現(xiàn)的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、IGCT等器件性能不斷提升，GTO逐漸被取代。

IGCT集成門極換流晶閘管(Intergrated Gate Commutated Thyristors)是一種中壓變頻器開發(fā)的用于巨型電力電子成套裝置中的新型電力半導(dǎo)體開關(guān)器件(集成門極換流晶閘管=門極換流晶閘管+門極單元)。1997年由ABB公司提出。IGCT使變流裝置在功率、可靠性、開關(guān)速度、效率、成本、重量和體積等方面都取得了巨大進(jìn)展，給電力電子成套裝置帶來了新的飛躍。IGCT是將GTO芯片與反并聯(lián)二極管和門極驅(qū)動(dòng)電路集成在一起，再與其門極驅(qū)動(dòng)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(diǎn)，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具有電流大、阻斷電壓高、開關(guān)頻率高、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、低導(dǎo)通損耗等特點(diǎn)，而且造成本低，成品率高，有很好的應(yīng)用前景。 已用于電力系統(tǒng)電網(wǎng)裝置（100MVA）和的中功率工業(yè)驅(qū)動(dòng)裝置（5MW）IGCT在中壓變頻器領(lǐng)域內(nèi)成功的應(yīng)用了11年的時(shí)間（到09年為止），由于IGCT的高速開關(guān)能力無需緩沖電路，因而所需的功率元件數(shù)目更少，運(yùn)行的可靠性大大增高。 　　

絕緣柵雙極晶體管（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，簡(jiǎn)稱IGBT），是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式電力電子器件,?兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。二極管加在集電極和發(fā)射極之間，主要用于續(xù)流，同時(shí)由于負(fù)載存在感性，IGBT關(guān)斷瞬間會(huì)在IGBT兩端產(chǎn)生極高的自感反相電壓，此電壓可能擊穿IGBT。并聯(lián)的二極管將這個(gè)“自感反相電壓”短路掉了，起到保護(hù)IGBT的作用。

IGCT的門極電路里，包含了大量的IC和電阻電容，尤其是有大量的電解電容，為了提供大的關(guān)斷電流而設(shè)計(jì)，使其有一定的壽命限制；而且，這種電容是不可更換的，必須連著整個(gè)器件一起更換，造成維護(hù)成本增大。如果器件出現(xiàn)故障，對(duì)于IGBT構(gòu)成的系統(tǒng)，一般更換驅(qū)動(dòng)電路或IGBT即可，價(jià)格在1500元以內(nèi)，而且常規(guī)電壓的IGBT及其驅(qū)動(dòng)電路在內(nèi)地市場(chǎng)代理商林立，一般都有現(xiàn)貨；而對(duì)于IGCT構(gòu)成的系統(tǒng)，必須更換整個(gè)IGCT，更換一次一般在20000元以上，其國(guó)內(nèi)代理商只有少數(shù)幾家，由于占用資金大，一般沒有現(xiàn)貨，所以一旦出現(xiàn)故障，維修周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，而且由于器件復(fù)雜，對(duì)維修的技術(shù)人員要求很高，過了保修期以后往往受制于人。在電路設(shè)計(jì)上，IGBT只需要很小而比較簡(jiǎn)單的緩沖電路，有時(shí)甚至可以省略緩沖電路；IGCT除了要有電壓緩沖電路外，還必須有電流緩沖電路，以抑制關(guān)斷時(shí)的二次擊穿，比IGBT復(fù)雜。目前的IGBT和IGCT開、關(guān)損耗都差不多，構(gòu)成的變頻器，效率也差別不大。要論優(yōu)勢(shì)，主要是IGCT的耐壓目前比IGBT的耐壓高，應(yīng)用于高壓變頻器的話使得器件減少。但是目前的風(fēng)電變流器都是690V的，IGBT的耐壓也就足夠了。IGCT以前的優(yōu)點(diǎn)是電流大，方便串聯(lián)應(yīng)用，4500V/4000A很平常，現(xiàn)在被IGBT慢慢追上，IGBT有4500V/1200A的，可以并聯(lián)，不方便串聯(lián)，IGCT缺點(diǎn)是開關(guān)頻率不能太高，波形沒有IGBT好，損耗大，諧波大，對(duì)算法要求更高，價(jià)格貴。IGCT在超大電流場(chǎng)合應(yīng)用較多，例如軋鋼環(huán)境，3300V，上萬kw功率，三電平IGCT變頻器（西門子SM150）發(fā)揮出最好的控制性能。

IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)是耐壓達(dá)4KV以上的IGBT系列電力電子器件，通過采取增強(qiáng)注入的結(jié)構(gòu)實(shí)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(dòng)作、高耐壓、有源柵驅(qū)動(dòng)智能化等特點(diǎn)，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(jìn)一步擴(kuò)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(qiáng)效應(yīng)”，使之兼有IGBT和GTO兩者的優(yōu)點(diǎn)：低飽和壓降，寬安全工作區(qū)(吸收回路容量?jī)H為GTO的1/10左右)，低柵極驅(qū)動(dòng)功率(比GTO低兩個(gè)數(shù)量級(jí))和較高的工作頻率。器件采用平板壓接式電極引出結(jié)構(gòu)，可靠性高，性能已經(jīng)達(dá)到4.5KV/1500A的水平。