集成门极换流晶闸管IGCT在矿山企业中的应用

　　交流变频调速技术是电气传动的发展方向之一，它具有调速性能优越和节能效果显著两大特点，因此，在国民经济中起着越来越大的作用。就目前情况来看，变频器中较常用的电力电子器件有两大类，一类具有晶闸管导电机理，如：门极可关断晶闸管(GTO)、MOS可控晶闸管(MCT)、MOS可关断晶闸管(MTO)、绝缘门极可关断晶闸管(IGTF)、门极换向晶闸管(GCI)等;另一类具有晶体管导电机理，如：大功率双极型晶体管(GTR)、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。MOS—FET、IGBT、GTO的容量、平均开关损耗、开关频率的比较见表1。由表1可知，MOSFET只能用于较小功率(<100 kW)的场合。GTO高阻断电压大通态电流是其主要特点，但它的关断功率损耗大，关断时间长(几十μs)，在串联或并联使用中需配备庞大的缓冲电路和门极驱动电路，可靠性不理想，因此，在大功率使用时受到很大限制，而IGBT关断时间短(几μs)，工作频率高，关断过程均匀，功率损耗小，缓冲及门极电路简单，所以在中功率(100 kW～1 MW)范围得到广泛应用，但是如果要提高IGBT的工作电压和导通电流，使其能工作在中压(几kV)范围，就必须进行多器件串并联，这无疑使电路复杂，可靠性降低。针对GTO和IGBT的缺点，1997年，ABB公司设计制造了集成门极换流晶闸管(Integrated Gate CommutatedThyristor)，简称IGCT。IGCT的问世，是电力半导体器件的重大突破，也使得交流变频调速技术向大功率(>1MW)、中电压等级迈出了“质”的一步。

　　1 IGCT的工作原理及特点

　　IGCT是由门极换向晶闸管GCT和硬门极驱动电路集成而来的，而GCT又是在CTO芯片上引入缓冲层、可穿透发射区和集成续流快速恢复二极管结构形成的。

　　GCT在导通和阻断两种情况下的等效电路见图1。当门极电压正偏时，管子导通，象晶闸管一样产生正反馈，电流很大，通态压降很低;反偏时，阻止阴极注入电流，全部阳极电流瞬间(1 s)强制转化为门极电流，象一个没有了阴极正反馈作用的NPN晶体管，阳性电流从门极均匀流出，由通态变为断态。

　　从结构上看，IGCT由于引入了缓冲层技术和可穿透发射区，使芯片厚度大大减小，因而相应减小了器件的导通损耗和关断损耗，缩短了关断时间。在器件用于电压逆变时，集成续流快速二极管又可抑制浪涌电压。IGCT结构上的另一个特点是采用硬门极驱动集成技术，使GCT关断增益近似为1，省掉吸收电路，降低了成本。

　　可见IGCT与GTO、IGBT相比，有以下几个特点：

　　1)保留了GTO阻断电压高(6kV)，导通电流大(6kA)的优点。