电力电子器件（PowerElectronicDevice），又称为功率半导体器件，用于电能变幻和电能遏制电路中的大功率(每每指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。能够分为半控型器件、全控型器件和不成控型器件，个中晶闸管为半控型器件，承袭电压和电流容量在一共器件中最高；电力二极管为不成控器件，结讲和旨趣浅显，处事牢固；还能够分为电压启动型器件和电流启动型器件，个中GTO、GTR为电流启动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压启动型器件。1.MCT(MOSControlledThyristor)：MOS遏制晶闸管MCT是一种新式MOS与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将MOSFET的高阻抗、低启动图MCT的功率、快开关速率的特征与晶闸管的高压、大电流特型分离在一同，产生大功率、高压、快捷全控型器件。本性上MCT是一个MOS门极遏制的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由多数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET，IGBT，GTO等器件比拟，犹以下益处：(1)电压高、电流容量大，阻断电压已达V，峰值电流达A，最大可关断电流密度为kA/m2；(2)通态压降小、消耗小，通态压降约为11V；(3)极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达20kV/s，di/dt为2kA/s；(4)开关速率快，开关消耗小，开明光阴约ns，V器件可在2s内关断；2.IGCT(IntergratedGateCommutatedThyristors)IGCT是在晶闸管手艺的原形上分离IGBT和GTO等手艺开垦的新式器件，合用于高压大容质变频系统中，是一种用于巨型电力电子成套安装中的新式电力半导体器件。IGCT是将GTO芯片与反并联二极管和门极启动电路集成在一同，再与其门极启动器在外围以低电感方法接连，分离了晶体管的安稳关断本领和晶闸管低通态消耗的益处。在导通阶段表现晶闸管的功能，关断阶段显露晶体管的特征。IGCT芯片在不串不并的状况下，二电平逆变器功率0.5~3MW，三电平逆变器1~6MW；若反向二极管别离，不与IGCT集成在一同，二电平逆变器功率可扩至4/5MW，三电平扩至9MW。此刻，IGCT曾营商品化，ABB公司建立的IGCT产物的最高功能参数为4[1]5kV/4kA，最高研发程度为6kV/4kA。年，日本三菱公司也开垦了直径为88mm的GCT的晶闸管IGCT消耗低、开关快捷等益处保证了它能牢固、高效率地用于kW~10MW变流器，而不须要串连和并联。3.IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor)电子注入坚固栅晶体管IEGT是耐压达4kV以上的IGBT系列电力电子器件，经过选取坚固注入的布局完竣了低通态电压，使大容量电力电子器件取患有奔腾性的进展。IEGT具备做为MOS系列电力电子器件的潜在进展前程，具备低消耗、高速行为、高耐压、有源栅启动智能化等特征，以及采纳沟槽结讲和多芯片并联而自均流的特征，使其在进一步扩展电流容量方面颇具潜力。其它，经过模块封装方法还可供给浩大派临盆物，在大、中容质变幻器运用中被寄与厚望。日本东芝开垦的IECT操纵了电子注入坚固效应，使之兼有IGBT和GTO两者的益处:低饱和压降，平安处事区(汲取回路容量仅为GTO的特殊之一左右)，低栅极启动功率(比GTO低两个数目级)和较高的处事频次。器件采纳平板压接式机电引出布局，牢固性高，功能曾经抵达4.5kV/A的程度。4.IPEM(IntergratedPowerElactronicsModules):集成电力电子模块IPEM是将电力电子安装的诸多器件集成在一同的模块。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同构成一个积木单位，而后将这些积木单位迭装到开孔的高电导率的绝缘陶瓷衬底上，在它的底下顺序是铜基板、氧化铍瓷片和散热片。在积木单位的上部，则经过表面贴装将遏制电路、门极启动、电流和温度传感器以及庇护电路集成在一个薄绝缘层上。IPEM完竣了电力电子手艺的智能化和模块化，大大下降了电路接线电感、系统噪声和寄生震撼，抬高了系统效率及牢固性5.PEBB(PowerElectricBuildingBlock):电力电子积木PEBB(PowerElectricBuildingBlock)是在IPEM的原形上进展起来的可管教电能集成的器件或模块。PEBB并不是一种特定的半导体器件，它是遵照最优的电路结讲和系统布局打算的不同器件和手艺的集成。模范的PEBB上图所示。纵使它看起来很像功率半导体模块，但PEBB除了包含功率半导体器件外，还包含门极启动电路、电平调动、传感器、庇护电路、电源和无源器件。PEBB有能量接口和通信接口。经过这两种接口，几个PEBB能够构成电力电子系统。这些系统能够像袖珍的DC-DC调动器相同浅显，也能够像大型的散布式电力系统那样繁杂。一个系统中，PEBB的数目能够从一个就肆意多个。多个PEBB模块一同处事能够完竣电压调动、能量的积存和调动、阴抗般配等系统级功效，PEBB最严重的特征便是其通用性。6．超大功率晶闸管晶闸管（SCR）自问世以来，其功率容量抬高了近倍。此刻很多国度已能安稳临盆8kV/4kA的晶闸管。日本此刻已投产8kV/4kA和6kV/6kA的光触发晶闸管(LTT)。美国和欧洲首要临盆电触发晶闸管。近十几年来，由于自关断器件的快捷进展，晶闸管的运用范畴有所收缩，然则，由于它的高电压、大电流特征，它在HVDC、停止无功弥补（SVC）、大功坦直流电源及超大功率和高压变频调速运用方面仍占据特殊严重的身分。瞻望在此后几多年内，晶闸管仍将在高电压、大电流运用途所获得延续进展。此刻，很多临盆商可供给额定开关功率36MVA(6kV/6kA)用的高压大电流GTO。保守GTO的模范的关断增量仅为3～5。GTO关断期间的不平匀性引发的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt必需束缚在～1kV/μs。为此，人们不得不操纵体积大、昂贵的汲取电路。其它它的门极启动电路较繁杂和请求较大的启动功率。到此刻为止，在高压（VBR3.3kV)、大功率（0.5～20MVA）牵引、产业和电力逆变器中运用得最为广泛的是门控功率半导体器件。此刻，GTO的最高钻研程度为6in、6kV/6kA以及9kV/10kA。为了餍足电力系统对1GVA以上的三相逆变功率电压源的须要，近期很有或许开垦出10kA/12kV的GTO，并有或许办理30多个高压GTO串连的手艺，可望使电力电子手艺在电力系统中的运用方面再上一个台阶。7.脉冲功率并拢开关晶闸管该器件特殊合用于传递极强的峰值功率（数MW）、极短的延续光阴（数ns）的放电并拢开关运用途所，如：激光器、高强度照明、放电点燃、电磁发射器和雷达调制器等。该器件能在数kV的高压下快捷开明，不须要放电电极，具备很长的操纵寿命，体积小、价值对比低，可望取代此刻尚在运用的高压离子闸流管、引燃管、火花空隙开关或真空开关等。该器件特殊的结讲和工艺特征是：门-阴极周界很长并产生高度交错的布局，门极面积占芯片总面积的90%，而阴极面积仅占10%；基区空穴-电子寿命很长，门-阴极之间的程度间隔小于一个分散长度。上述两个布局特征保证了该器件在开明刹时，阴极面积能获得%的运用。其它，该器件的阴极电极采纳较厚的金属层，可承袭刹时峰值电流。8.新式GTO器件-集成门极换流晶闸管暂时已有两种旧例GTO的取代品:高功率的IGBT模块、新式GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新式的大功率器件，与旧例GTO晶闸管比拟，它具备很多优秀的特征，比方，不必缓冲电路能完竣牢固关断、存贮光阴短、开明本领强、关断门极电荷少和运用系统（包含一共器件和外围部件如阳极电抗器暖和冲电容器等）总的功率消耗低等。9．高功率沟槽栅布局IGBT(TrenchIGBT)模块此刻高功率IGBT模块中的IGBT元胞每每多采纳沟槽栅布局IGBT。与平面栅布局比拟，沟槽栅布局每每采纳1μm加工精度，进而大大抬高了元胞密度。由于门极沟的存在，消除了平面栅布局器件中存在的相邻元胞之间产生的结型场效应晶体管效应，同时引入了确定的电子注入效应，使得导通电阻降落。为增进长基区厚度、抬高器件耐压建造了前提。因此近几年来呈现的高耐压大电流IGBT器件均采纳这类布局。年日本三菱和日立公司别离研发胜利3.3kV/1.2kA庞大容量的IGBT模块。它们与旧例的GTO比拟，开关光阴收缩了20%，栅极启动功率仅为GTO的1/。年富士机电研发胜利1kA/2.5kV平板型IGBT，由于集电、发射结采纳了与GTO近似的平板压接布局，采纳更高效的芯片两头散热方法。特殊蓄意义的是，防止了大电流IGBT模块内部洪量的电极引出线，抬高了牢固性和减小了引线电感，缺陷是芯部分积操纵率降落。因此这类平板压接布局的高压大电流IGBT模块也可望成为高功率高电压变流器的优选功率器件。10.电子注入坚固栅晶体管IEGT(InjectionEnhancedGateTrangistor)比年来，日本东芝公司开垦了IEGT，与IGBT相同，它也分平面栅和沟槽栅两种布局，前者的产物行将问世，后者尚在研发中。IEGT兼有IGBT和GTO两者的某些益处：低的饱和压降，宽的平安处事区（汲取回路容量仅为GTO的1/10左右)，低的栅极启动功率（比GTO低2个数目级）和较高的处事频次。加之该器件采纳了平板压接式电极引出布局，可望有较高的牢固性。与IGBT比拟，IEGT布局的首要特征是栅极长度Lg较长，N长基区近栅极侧的横向电阻值较高，是以从集电极注入N长基区的空穴，不像在IGBT中那样，成功地横向经过P区流入发射极，而是在该地域产生一层空穴累积层。为了坚持该地域的电中性，发射极必需经过N沟道向N长基区注入洪量的电子。云云就使N长基区发射极侧也产生了高浓度载流子累积，在N长基区中产生与GTO中近似的载流子散布，进而较好地办理了大电流、高耐压的抵牾。此刻该器件已抵达4.5kV/1kA的程度。11.MOS门控晶闸管MOS门极遏制晶闸管充足地操纵晶闸管精良的通态特征、优秀的开明和关断特征，可望具备优秀的自关断动态特征、特殊低的通态电压降和耐高压，成为未来在电力安装和电力系统中有进展前程的高压大功率器件。此刻全国上有十几家公司在主动开展对MCT的钻研。MOS门控晶闸管首要有三种布局：MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻遏制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。个中EST或许是MOS门控晶闸管中最有渴望的一种布局。然则，这类器件要真实成为贸易化的合用器件，抵达取代GTO的程度，还须要相当长的一段光阴。12.砷化镓二极管跟着变幻器开关频次的不停抬高，对快复原二极管的请求也随之抬高。尽人皆知，具备比硅二极管优胜的高频开关特征，然则由于工艺手艺等方面的因为，砷化镓二极管的耐压较低，理论运用遭到控制。为适应高压、高速、高效率和低EMI运用须要，高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola公司研发胜利。与硅快复原二极管比拟，这类新式二极管的显著特征是：反向走电流随温度变动小、开关消耗低、反向复原特征好。13.碳化硅与碳化硅(SiC)功率器件在用新式半导体材料制成的功率器件中，最有渴望的是碳化硅(SiC)功率器件。它的功能目标比砷化镓器件还要高一个数目级，碳化硅与其余半导体材料比拟，具备以下优秀的物理特征:高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速率，高的击穿强度，低的介电常数和高的热导率。上述这些优秀的物理特征，决计了碳化硅在高温、高频次、高功率的运用途所是极其抱负的半导体材料。在相同的耐压和电流前提下，SiC器件的漂移区电阻要比硅低倍，纵使高耐压的SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低很多。况且，SiC器件的开关光阴可达10nS量级，并具备特殊优胜的FBSOA。SiC能够用来建立射频和微波功率器件，各类高频整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已在Motorola公司研发胜利，并运用于微波和射频安装。GE公司正在开垦SiC功率器件和高温器件(包含用于喷气式引擎的传感器)。西屋公司曾经建立出了在26GHz频次下处事的甚高频的MESFET。ABB公司正在研发高功率、高电压的SiC整流器和其余SiC低频功率器件，用于产业和电力系统。

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