常用的功率半导体器件盘点汇总

　　电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控制电路中的大功率（通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可以分为半控型器件、全控型器件和不可控型器件，其中晶闸管为半控型器件，承受电压和电流容量在所有器件中最高；电力二极管为不可控器件，结构和原理简单，工作可靠；还可以分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，其中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。
 

　　1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS控制晶闸管

　　

　　MCT的等效电路图

　　MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将 MOSFET 的高阻抗、低驱动图 MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一起，形成大功率、高压、快速全控型器件。实质上MCT 是一个MOS 门极控制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由无数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器件相比，有如下优点：

　　（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6 000kA/ m2；

　　（2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V；

　　（3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达 20 kV/s ，di/dt为2 kA/s；

　　（4）开关速度快， 开关损耗小，开通时间约200ns，1 000 V 器件可在2 s 内关断；

　　2. IGCT（ Intergrated Gate Commutated Thyristors）

　　IGCT 是在晶闸管技术的基础上结合 IGBT 和GTO 等技术开发的新型器件，适用于高压大容量变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件。

　　IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管低通态损耗的优点。在导通阶段发挥晶闸管的性能，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器 1~ 6 MW；若反向二极管分离，不与IGCT 集成在一起，二电平逆变器功率可扩至4 /5 MW，三电平扩至 9 MW。

　　目前，IGCT 已经商品化， ABB 公司制造的 IGCT 产品的最高性能参数为4［1］ 5 kV / 4 kA ，最高研制水平为6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也开发了直径为88 mm 的GCT 的晶闸管IGCT 损耗低、 开关快速等优点保证了它能可靠、高效率地用于300 kW~ 10 MW 变流器，而不需要串联和并联。

　　3. IEGT（ Injection Enhanced Gate Transistor） 电子注入增强栅晶体管

　　IEGT 是耐压达 4 kV 以上的 IGBT 系列电力电子器件，通过采取增强注入的结构实现了低通态电压，使大容量电力电子器件取得了飞跃性的发展。IEGT 具有作为MOS 系列电力电子器件的潜在发展前景，具有低损耗、高速动作、高耐压、有源栅驱动智能化等特点，以及采用沟槽结构和多芯片并联而自均流的特性，使其在进一步扩大电流容量方面颇具潜力。另外，通过模块封装方式还可提供众多派生产品，在大、中容量变换器应用中被寄予厚望。日本东芝开发的 IECT 利用了电子注入增强效应，使之兼有 IGBT 和 GTO 两者的优点： 低饱和压降，安全工作区（吸收回路容量仅为 GTO 的十分之一左右） ，低栅极驱动功率（比 GT O 低两个数量级）和较高的工作频率。器件采用平板压接式电机引出结构，可靠性高， 性能已经达到4.5 kV/ 1 500A 的水平。

　　4. IPEM（ Intergrated Power Elactronics Mod ules） ：集成电力电子模块

　　IPEM 是将电力电子装置的诸多器件集成在一起的模块。它首先是将半导体器件MOSFET， IGBT或MCT 与二极管的芯片封装在一起组成一个积木单元，然后将这些积木单元迭装到开孔的高电导率的绝缘陶瓷衬底上，在它的下面依次是铜基板、氧化铍瓷片和散热片。在积木单元的上部，则通过表面贴装将控制电路、门极驱动、电流和温度传感器以及保护电路集成在一个薄绝缘层上。IPEM 实现了电力电子技术的智能化和模块化，大大降低了电路接线电感、系统噪声和寄生振荡，提高了系统效率及可靠性

　　5. PEBB（Power Electric Building Block） ：

　　

　　典型的PEBB

　　电力电子积木PEBB （ Pow er Elect ric Building Block ） 是在IPEM 的基础上发展起来的可处理电能集成的器件或模块。PEBB 并不是一种特定的半导体器件，它是依照最优的电路结构和系统结构设计的不同器件和技术的集成。典型的PEBB 上图所示。虽然它看起来很像功率半导体模块，但PEBB 除了包括功率半导体器件外，还包括门极驱动电路、电平转换、传感器、保护电路、电源和无源器件。PEBB 有能量接口和通讯接口。 通过这两种接口，几个PEBB 可以组成电力电子系统。这些系统可以像小型的DC- DC 转换器一样简单，也可以像大型的分布式电力系统那样复杂。一个系统中， PEBB的数量可以从一个到任意多个。多个 PEBB 模块一起工作可以完成电压转换、能量的储存和转换、阴抗匹配等系统级功能，PEBB 最重要的特点就是其通用性。