Что означает тиристор с интегрированным затвором (IGCT)

Что означает коммутируемый тиристор со встроенным затвором (IGCT)

Тиристоры с интегрированным затвором IGCT (тиристоры с интегрированным затвором) — это новый тип силовых полупроводниковых устройств, используемых в гигантских силовых электронных устройствах, опубликованный в 1996 году. IGCT — это новое мощное полупроводниковое коммутационное устройство, основанное на структуре GTO, использующее интегрированную структуру затвора для жесткого диска с затвором, использующую структуру буферного слоя и технологию анодно-прозрачного эмиттера. Он имеет характеристики включенного состояния тиристора и характеристики переключения транзистора. Благодаря буферной структуре и технологии неглубокого излучателя динамические потери снижаются примерно на 50%. Кроме того, этот тип устройства также объединяет на одной микросхеме обратный диод с хорошими динамическими характеристиками, чтобы уникальным образом органично сочетать низкое падение напряжения тиристора в открытом состоянии, высокое напряжение блокировки и стабильные характеристики переключения транзистора.

IGCT делает большие успехи в мощности, надежности, скорости переключения, эффективности, стоимости, весе и объеме, а также вносит новый скачок в полный набор устройств силовой электроники. IGCT интегрирует микросхему GTO с антипараллельным диодом и схемой управления затвором, а затем соединяется со своим драйвером затвора способом с низкой индуктивностью. Он сочетает в себе преимущества способности стабильного выключения транзистора и низких потерь тиристора в открытом состоянии, полностью раскрывает характеристики тиристора во включенном состоянии и представляет характеристики транзистора в выключенном состоянии. IGCT имеет характеристики большого тока, высокого напряжения, высокой частоты переключения, высокой надежности, компактной структуры, низких потерь, низкой стоимости производства и высокой производительности. ГТО с тиристорной технологией — распространенный мощный коммутационный аппарат. Он имеет более высокие характеристики по напряжению отсечки, чем IGBT с транзисторной технологией. Однако широко используемая стандартная технология управления GTO приводит к неравномерному процессу включения и выключения, что требует дорогостоящих цепей поглощения DV/dt и di/dt и мощных блоков управления затвором, что приводит к снижению надежности и высокой цене. также не способствует последовательному соединению. Однако до того, как технология мощных MCT стала зрелой, IGCT стал предпочтительной схемой высоковольтного, мощного и низкочастотного переменного тока.

На рисунке ниже показана схема асимметричного IGCT.

IGCT похож на GTO. Это также четырехуровневое устройство с тремя терминалами. GCT состоит из тысяч GCT. Анод и затвор являются общими, а катод подключен параллельно. Важным отличием от GTO является то, что внутри анода IGCT находится буферный слой, а прозрачный (проницаемый) анод используется вместо короткозамкнутого анода GTO. Механизм включения точно такой же, как у GTO, но механизм выключения полностью отличается от механизма GTO. В процессе выключения IGCT GCT может мгновенно перейти из включенного состояния в заблокированное, стать PNP-транзистором, а затем выключиться, поэтому у него нет внешнего ограничения Du/dt; GTO должен быть преобразован через промежуточное нестабильное состояние, которое не является ни включенным, ни выключенным (т.е. «площадь ГТО»), поэтому ГТО нуждается в большом поглощающем контуре для подавления скорости изменения Du/dt повторно приложенного напряжения. Эквивалентную схему IGCT в запирающем состоянии можно рассматривать как последовательное соединение разомкнутой цепи базы, PNP-транзистора с малым коэффициентом усиления и источника питания затвора.

Мощность запуска IGCT мала. Схема запуска и контроля состояния и сердечник трубки IGCT могут быть объединены в единое целое, а сигнал запуска и сигнал рабочего состояния могут вводиться и выводиться через два оптических волокна. IGCT объединяет преимущества технологии GTO и современного силового транзистора IGBT. Используя ключевую технологию, заключающуюся в том, что устройства отключения большой мощности могут быть просто и надежно соединены последовательно, IGCT не имеет реальных конкурентов в области среднего и высокого напряжения, а также в области применения большой мощности с мощностью 0,5 мВА 100 мВА. В следующей таблице показаны сравнение производительности силовых устройств IGBT, GTO и IGCT:

Преимущества низких потерь и быстрого переключения IGCT гарантируют, что его можно надежно и эффективно использовать в преобразователе 300 кВА 10 МВА без последовательного или параллельного подключения. При последовательном соединении мощность инвертора может быть увеличена до 100 мВА. Несмотря на то, что модуль IGBT высокой мощности имеет некоторые превосходные характеристики, такие как активное управление di/dt и DV/DT, активная фиксация, простая в реализации защита от тока короткого замыкания и активная защита и т. д. Однако из-за таких недостатков, как высокие потери проводимости, обрыв цепи после повреждения и отсутствие надежных данных о долговременной эксплуатации, практическое применение мощного IGBT-модуля в мощном низкочастотном преобразователе ограничено. Таким образом, IGCT станет предпочтительным силовым устройством высокой мощности и высоковольтным преобразователем частоты.