新型电力电子器件

新型电力电子器件

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杂谈

1. MOS控制晶闸管MCT

  MCT 是将 MOSFET 与晶闸管组合而成的复合型器件。MCT 将 MOSFET 的高输入阻抗、低驱动功率、快速的开关过程和晶闸管的高电压大电流、低导通压降的特点结合起来，也是 Bi-MOS 器件的一种。一个 MCT 器件由数以万计的 MCT 元组成，每个元的组成为：一个PNPN 晶闸管，一个控制该晶闸管开通的 MOSFET，和一个控制该晶闸管关断的 MOSFET。

    MCT 具有高电压、大电流、高载流密度、低通态压降的特点。其通态压降只有 GTR 的1/3 左右，硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的。另外，MCT 可承受极高的 di/dt 和 du /dt ，使得其保护电路可以简化。MCT 的开关速度超过 GTR，开关损耗也小。

   MCT经过十多年的努力，其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投人实际应用。而其竞争对手IGBT却进展飞速，所以，目前从事MCT研究的人不是很多。

2. 静电感应晶体管 SIT

    SIT 是一种结型场效应晶体管。将用于信息处理的小功率 SIT 器件的横向导电结构改为垂直导电结构，即可制成大功率的 SIT 器件。SIT 是一种多子导电的器件，其工作频率与电力 MOSFET 相当，甚至超过电力 MOSFET，而功率容量也比电力 MOSFET 大，因而适用于高频大功率场合，目前已在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等某些专业领域获得了较多的应用。

    但是 SIT 在栅极不加任何信号时是导通的，栅极加负偏压时关断，这被称为正常导通型器件，使用不太方便。此外，SIT 通态电阻较大，使得通态损耗也大，因而 SIT 还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。

3  .静电感应晶闸管SITH

    SITH 是在 SIT 的漏极层上附加一层与漏极层导电类型不同的发射极层而得到的。因为其工作原理也与 SIT 类似，门极和阳极电压均能通过电场控制阳极电流，因此 SITH 又被称为场控晶闸管。由于比 SIT 多了一个具有少子注入功能的PN结，因而 SITH 是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。其很多特性与 GTO 类似，但开关速度比 GTO 高得多，是大容量的快速器件。

    SITH一般也是正常导通型，但也有正常关断型。此外，其制造工艺比GTO复杂得多，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。

4. 集成门极换流晶闸管IGCT

    IGCT有的厂家也称为GCT，即门极换流晶闸管．是20世纪90年代后期出现的新型电力电子器件。IGCT将IGBT与GTO的优点结合起来，其容量与GTO相当，但开关速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO应用时庞大而复杂的缓冲电路，只不过其所需的驱动功率仍然很大。目前，IGCT正在与IGBT以及其他新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO在大功率场合的位置。

5. 功率模块与功率集成电路

    自20世纪80年代中后期开始，在电力电子器件研制和开发中的一个共同趋势是模块化。.按照典型电力电子电路所需要的拓扑结构，将多个相同的电力电子器件相互配合使用的不同电力电子器件封装在一个模块中，可以缩小装置体积,降低成本,提高可靠性，更重要的是，对工作频率较高的电路，这可以大大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。这种模块被称为功率模块，或者按照主要器件的名称命名，如 IGBT 模块。

    更进一步，如果将电力电子器件与逻辑、控制、保护、传感、检测、自诊断等信息电子电路制作在同一芯片上，则称为功率集成电路。与功率集成电路类似的还有许多名称，但实际上各自有所侧重。高压集成电路一般指横向高压器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。智能功率集成电路一般指纵向功率器件与逻辑或模拟控制电路的单片集成。而智能功率模块则一般指 IGBT 及其辅助器件与其保护和驱动电路的封装集成，也称智能 IGBT。

    高低压电路之间的绝缘问题以及温升和散热的有效处理，一度是功率集成电路的主要技术难点。因此，以前功率集成电路的开发和研究主要在中小功率应用场合，如家用电器、办公设备电源、汽车电器等等。智能功率模块则在一定程度上回避了这两个难点,只将保护和驱动电路与IGBT器件封装在一起．因而最近几年获得了迅速发展。目前最新的智能功率模块产品已用于高速子弹列车牵引这样的大功率场合。

    功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为机电一体化的理想接口，具有广阔的应用前景。