IGBT與集成門極換流晶閘管IGCT對比
受當前技術水平限制,IGBT的工作電流相對較小,比較常用的中高壓大功率IGBT有1700V/ 2400A、3300V/1200A、4500V/900 A、6 500 V/600 A等幾種規(guī)格,采用單元件的變流器輸出容量一般不超過1.6 MVA,如要進一步增加輸出容量,只能采用元件并聯(lián)或變流器并聯(lián)的方式。無論是采取元件串聯(lián)或并聯(lián)使用還是采用變流器并聯(lián)的方法,都會增加系統(tǒng)的復雜性,導致效率和可靠性的降低。
IGCT和GTO相比有著更明顯的優(yōu)勢:(1)無需關斷吸收電路,可減小變流器的體積和重量,提高變流器的效率和可靠性,降低成本;串聯(lián)使用時雖需關斷吸收電路,但體積比GTO的小很多;(2)門極驅(qū)動電路集成在IGCT內(nèi),對外只有門極驅(qū)動供電接口和用于傳輸觸發(fā)信號和反饋狀態(tài)的光纖,可提高變流器抗電磁干擾能力;(3)通態(tài)和關斷損耗較小。下圖是3.3kV下IGBT、GTO和IGCT對比。
圖1:IGBT與IGCT、GTO對比
通過上圖對比可以看出:IGCT損耗更少。三種器件的關斷損耗相差不大,導通損耗IGCT和IGBT相差兩倍,但IGCT驅(qū)動功率要遠比IGBT大??傊?,IGBT在較低電壓應用時,IGBT的導通損耗較低,所以性價比高。而IGCT在較高電壓時性價比高。根據(jù)使用場合和設計標準,在1800V~3300V兩者之間有重疊。
IGBT與電子注入增強柵晶體管IEGT對比
IGBT是一種MOS門極器件,它的門極由電壓驅(qū)動,開關速度高,因此在高頻領域得到了廣泛應用,但它也有一些問題,例如工作電壓低,容量小,導通壓降和損耗高,這也限制了它的應用。而IEGT是一種兼?zhèn)淦鋬?yōu)點,克服其缺點的新器件。近年來已經(jīng)形成了商用產(chǎn)品。與傳統(tǒng)器件相比.它具有通態(tài)壓降低,門極驅(qū)動電流小,功率密度大,開關損耗小,速度快的優(yōu)點。圖2為IEGT和GTO門極參數(shù)對比,圖3為針對典型規(guī)格的4.5KV/3kA IEGT、GTO、IGCT性能對比。
圖2:IEGT和GTO門極參數(shù)對比
圖3:針對典型規(guī)格的4.5KV/3kA IEGT、GTO、IGCT性能對比
IEGT的優(yōu)越性能決定了它非常適合在各種大功率變流器中使用。IEGT內(nèi)部已集成了一個快速的反并聯(lián)二極管,且IEGT具有很寬的安全工作區(qū)并能承受較高的dv/dt和di/dt,因此IEGT逆變器無需陽極電抗,只需公用一個關斷吸收電路。此外,IEGT門極驅(qū)動功率不到lW,門極驅(qū)動模塊體積很小。由于IEGT逆變器使用元件數(shù)量少,因而可靠性也得到很大提高。其典型特點如下:
●與GTO一樣具有低的導通電壓降;
●與IGBT一樣具有寬的安全工作區(qū);
●門極采用電壓驅(qū)動方式;
●較高的工作頻率500-1000Hz;
●高可靠性。
綜上比較,IEGT將GTO和IGBT的優(yōu)點集于一身,它具有導通壓降低、工作頻率高、電壓型門極驅(qū)動、安全工作區(qū)寬、易于串聯(lián)使用等優(yōu)點。
從功率等級和電壓等級上來講,IGCT、IEGT與IGBT的定位遠不相同,IGCT及IEGT主要應用在高壓大容量的場合,IGBT應用在低壓高頻小容量場合。綜上兩節(jié)所述,得到如下結論:
●IGCT、IEGT開關頻率都很高,在500-1000Hz之間,雖然遠不及IGBT高,但在很多場合已經(jīng)足夠。
●IGCT是電流脈沖驅(qū)動,驅(qū)動功率比較大,但其門極驅(qū)動電路集成在IGCT內(nèi),對外只有門極驅(qū)動供電接口和用于傳輸觸發(fā)信號和反饋狀態(tài)的光纖,驅(qū)動體積小且簡易。IEGT是電壓驅(qū)動型器件,驅(qū)動功率與IGBT差不多。
●IGCT是晶閘管的復合管,可直接串聯(lián),因此不必過多考慮均壓措施。而IGBT在串聯(lián)使用時應考慮均壓措施。
●IGCT與IEGT導通和關斷損耗都很低,尤其是IGCT,如果不計驅(qū)動功率,同電壓等級的IGCT損耗要比IGBT更低。
●對于IGCT和IEGT來說,4.5kV/3kA是較常用的規(guī)格,其容量和電壓等級要遠比IGBT大得多,更適合應用在大功率FACTS裝置及大功率傳動裝置中。
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