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IGBT和IGCT的区别?

时间:2023-12-13 16:06 作者:小编 分享到:


PART/1

什么是IGCT?

IGCT(Integrated Gate-Commutated Thyristor),中文名称:集成门极换流晶闸管。或者称为GCT(Gate-Commutated Thyristor),即门极换流晶闸管。它结合了GTO(门极可关断)晶闸管和 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的特性。是20世纪90年代后期出现的新型电力电子器件。(四川半导体微组装设备公司

         

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IGCT设备类型及其从顶侧到底侧的横截面示意图(垂直横截面)


IGCT整体功能类似可关断晶闸管(GTO),是完全可控的功率开关,其导通及关断都是由控制信号(闸极)控制。由于结合了MOSFET特性,与传统GTO比起来它的性能更加优异。其容量与GTO相当,但开关速度比GTO快10倍,而且可以省去GTO应用是庞大而复杂的缓冲电路。


特性



1、开关损耗低(四川成都半导体设备


可任意选择开关频率以满足最后应用的需要。以前功率设备在额定电流下只能工作在250Hz以内,而IGCT的工作频率可以达到这个速度的4倍。例如,在电机传动系统中,如选取更快的开关速度,将可以提高系统的效率。另一方面,如对IGCT选用较低的开关速度,逆变器系统的效率将有所提高,同时损耗更低。


2、辅助电路简化


iGCT的独特特性在于其无需缓冲电路也可以工作,这对设计来说是非常有利的。无缓冲电路的逆变器损耗低结构紧凑、所用的元件更少、可靠性更好。iGCT结构中集成了续流二极管,使得以IGCT为基础的设备得以简化


3、门极驱动功率低


GTO采用传统的阳极短路结构来实现通态压降和低关断损耗,缺导致了门极触发电流的增加。IGCT采用的透明阳极发射技术使触发电流和后沿电流很小,总的通态门极电流仅为GTO的1/10,大大减小了门极触发几率。


4、存储时间短(四川成都微组装设备


可靠性高IGCT器件与大规模反并联二极管的集成不但可以减小存储时间,而且使关断时间的绝对值和离散性大为减小,使IGCT可以安全地应用于中高压串联。如果发生过电流失效,器件烧毁使其自身关断,而不会像IGBT那样会对邻近的元件造成危险,加强了整体电路的安全性。



PART/2

什么是IGBT?


IGBT是双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)结合组成的,综合BJT高电流密度和MOS高输入阻抗的特点,具有驱动功率小而饱和压降低的显著性能优势,在电子元器件中发挥电源开关和电能转换两大功能,广泛应用于新能源汽车、工业控制、白色家电、新能源发电、轨道交通等领域,其中车规级IGBT的安全稳定性要求高于消费级和工业级IGBT。


1、静态特性


IGBT 的静态特性主要有伏安特性、转移特性和开关特性。


伏安特性是指以栅源电压Ugs 在截止状态下的IGBT ,正向电压由J2 结承担,反向电压由J1结承担。


转移特性是指输出漏极电流Id 与栅源电压Ugs 之间的关系曲线。当栅源电压小于开启电压Ugs(th) 时,IGBT 处于关断状态。


开关特性是指漏极电流与漏源电压之间的关系。IGBT 处于导通态时,由于它的PNP 晶体管为宽基区晶体管,所以其B 值极低。尽管等效电路为达林顿结构,但流过MOSFET 的电流成为IGBT 总电流的主要部分。

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IGBT的典型开关电路图

2、动态特性


动态特性也称为开关特性。(四川半导体微组装设备自动化


IGBT的开关特性是指漏极电流和漏源极电压之间的关系。当IGBT处于导通状态时,其B值极低,因为其PNP晶体管是宽基极晶体管。虽然等效电路是达林顿结构,但流过MOSFET的电流成为IGBT总电流的主要部分。


PART/3

两者的区别与联系


由上文介绍可知,IGCT是MOSFET与GTO结合后的产物,因此IGCT势必兼顾了MOSFET的部分优点。


首先我们来看一下IGCT与IGBT两者的结构区别以及工艺区别。


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 IGBT(含IEGT)与IGCT的结构特征与主要工作特性

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IGBT(含IEGT)与IGCT器件的封装结构对比

市场


其次,我们从市场普及率上对两者加以区分。


相对于IGBT而言,目前IGCT的技术成熟度落后于IGBT,且投放市场的时间较晚,这便导致了在市场普及率上,IGBT优于IGCT。


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全球晶闸管IGCT产值及发展趋势:(2018-2029)&(百万元)

资料来源:第三方资料、新闻报道、业内专家采访及GlobaInfoResearch整理研究


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全球与中国IGBT市场规模及增长预计:(2017-2024)&(亿美元)

资料来源:质链网


PART/4

谁将指引电力电子器件发展方向?

众所周知,电力电子器件的发展正朝着高性能、低成本、小体积、环保的方向前进。而在这场改变中,IGCT和IGBT中到底谁将成为电力电子器件新的领军人物,亦或是其他电力电子器件脱颖而出,拿下“桂冠”,都将取决于技术创新的速度和市场需求的变化。关于此项问题,目前学术界仍争论不断,最终也许只能等待时间为我们交上答卷。


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