第1章 电力电子器件

第一章电力电子器件电力电子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于处理电能的主电路，实现电能的变换或控制的电子器件。电力电子器件种类很多。并且各有特点。按器件的开关控制特性可以分为以下三类。（1）不可控器件。器件本身没有导通、关断控制功能，而是需要根据外电路条件决定其导通，关断状态的器件称为不可控器件。电力二极管就属于此类器件。（2）半控型器件。通过控制信号只能控制其导通，不能控制其关断的电力电子器件称为半可控器件。例如，晶闸管及其大部分派生器件等。.（3）全控型器件。通过控制信号既可以控制其导通又可以控制其关断的器件称为全控型器件。例如门极可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管（P-MOSFET）、绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）等。

第一节晶闸管

一、晶闸管的结构

图1-1晶闸管的外形、结构和电气符号（a）晶闸管的外形；（b）结构；（c）电气符号二晶闸管的工作原理可以通过图1一2所示的导通实验电路来说明晶闸管的工作原理.在该电路中由电源Ea、白炽灯、晶闸管的阳极和阴极组成晶闸管的主电路;由电源Eg、开关S、晶闸管的门极和阴极组成控制电路，也称为触发电路.图1-2晶闸管导通实验电路图通过上述实验可知。晶闸管导通必须同时其备两个条件：（1）晶闸管主电路加正向电压。（2）晶闸管控制电路加合适的正向电压。门极流入足够的触发电流。

下面通过通过晶闸管的互补三极管等效电路，进一步说明晶闸管的工作原理。图1-3晶闸管等效电路

在晶闸管导通之后，如果控制极电流消失，由于晶闸管内部已经形成强烈的正反馈。晶闸管仍将处于导通状态.

要想关断晶闸管：最根本的方法就是必须将阳极电流减小大使之不能维持正反馈的程度。即设法将晶闸管的阳极电流减小到维持电流以下。可采用的方法有：将阳极电源断开；或者在阳极和阴极间加反向电压.控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通.导通之后，控制极就失去了作用，不能令其关断.从这个意义上来讲。晶闸管被称为半控型器件。三、晶闸管的伏安特性晶闸管阳极与阴极间的电压UA和阳极电流IA的关系称为阳极伏安特性，要正确使用晶闸管必须了解其伏安特性。图1-4所示为晶闸管阳极伏安特性曲线.包括第一象限的正特性和第三象限的反向特性两部分。图1-4晶闸管阳极伏安特性曲线UDRM、URRM-正、反向断态重复峰值电压；UDRM、URSM-正、反向断态不重复峰值电压；UBO-自然正向转折电压；URO-反向击穿电压四、晶闸管的主要参数（一）晶闸管的电压定额1．正向断态重复峰值电压UDRM在额定结温下，在控制极断路和晶闸管正向阻断的条件下。可重复加在晶闸管两端的正向峰值电压称为正向重复峰值电压UDRM(国际规定重复频率为50Hz，每次持续时间不超过10ms)。一般规定此电压为自然正向转折电压UBO的80%，为正向不重复峰值电压UDSM的90%。2.反向重复峰值电压URRM在额定结温下.控制极断路时.可以重复加在晶闸管两端的反向峰值电压称为反向峰值电压URRM.,此电压取反向击穿电压URO的80%，为反向不重复峰值电压URSM的90%。晶闸管额定电压UTN晶闸管额定电压通常是这样标定的，通常取实测UDRM和URRM中的较小值.按规定的标准电压每级就低取读数.作为该晶闸管的额定电压.规定的标准电压等级:在1000V以下。每隔100V为一级；1000~3000V，每隔200V为一级。选用元件额定电压时应取正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍，即考虑2~3倍的安全裕量，UTN=(2~3)UTM。（二）晶闸管的电流额定1.通态平均电流IT（AV）在环境温度为40℃和标准散热的条件下。晶闸管在导通角不小于170°的电阻性负载电路中，当结温不超过额定结温且稳定时，所允许通过的工频正弦半波电流的平均值，称为额定通态平均电流IT（AV）,简称额定电流。按照标准，取其整数作为该器件的额定电流。如果正弦半波电流的最大值为Im，则额定电流有效值为然而在实际使用中，流过晶闸管的电流波形形状、波形导通角并不是一定的，各种含有直流分量的电流波形都有一个电流平均值（即一个周期内波形面积的平均值），也就有一个电流有效值(即均方根值)，现定义某电流波形的有效值与平均值之比为这个电流的波形系数，用Kf表示，即根据式（1-3）可求出正弦半波电流的波形系数

因此在实际中，选择晶闸管额定电流IT（AV）应遵循以下原则:所选晶闸管额定电流有效值IN要大于元件在电路中可能流过的最大电流有效值ITM，取1.5~2倍的安全裕量，即

2.维持电流IH在室温且控制极断路时.维持晶闸管继续导通的最小阳极电流称为维持电流IH.维持电大的晶闸管容易被关断.维持电流与元件容最、结温等因素有关，结越高，IH越小.通常在晶闸管的铭牌上.标明了常温下IH的实测值。3.掣住电流IL给晶闸管加合适阳极电压，门极加上触发电压，当原件刚从阻断状态转为导通状态时就撤除触发电压，此时元件维持导通所需要的最小阳极电流称为掣住电流IL，对同一晶闸管来说，掣住电流IL要比维持电流IH大2~4倍。（三）动态参数

晶闸管是一种无触点开关，在导通与限断两种工作状态之间的转换并不是瞬时完成的，而是需要一定的时间。当元件的导通与关断频率较高时，这种时间的影响就不得不考虑进去而无法忽略。1.开通时间tG一般规定：当触发电流流入门极，现在J2结靠近门极附近形成导通区，逐渐扩展到J2结的全区域，这段时间称为开通时间tG，普通晶闸管的tG为几十微妙以下，快速晶闸管可以达到1μs。开通时间与处罚脉冲的陡度大小、结温以及主回路中的电感量等有关。2.关断时间tGD把额定结温下，晶闸管从正向阳极电流下降为零到其恢复正向阻断能力为止所需要的这段时间称为关断时间tGD。 晶闸管的关断时间与元件结温、关断前阳极电流的大小以及所加反压的大小有关。普通晶闸管的tGD为几十到几百微秒，快速晶闸管可短至1μs。.3.通态电流临界上升率di/dt在规定条件下，元件在门极开通时能承受而不导致损坏的通态电流的最大上升率.称为通态电流临界上升率di/dt。如果阳极电流上升得太快·则会导致门极附近的PN结J2因电流密度过大局部过热而烧毁.使晶闸管损坏。限制电流上升率的有效办法递串接空芯电感。

4.断态正向电压临界上升率du/dt在额定结温和门极断路情况下.使元件由断态转入通态，元件所加的最小正向电流上升率，称为正向电压临界上升率du/dt。晶闸管在阻断状态下结面J2相当于一个电容。若突然加一正向阳极电压..便会有一个充电电流流过.该充电电流流经J3结时，起到相当于门极触发电流的作用·如果电压上升率过大会使充电电流足够大，将使元件误触发导通.因此使用中实际电压上升率必须低于此临界值。要限制du/dt，可在元件两端并联限容支路或门极反向偏置。五、晶闸管的型号及简单测试方法（一）晶闸管的型号按国家标准《国产晶闸管的型号命名》(JB1144一1975)规定，普通硅晶闸管型号中各部分的含义如图1-5所示。图1-5晶闸管型号的含义（二）晶闸管的简单测试方法对于晶闸管的三个电极,可以用万用表粗测其好坏。依据PN结单相导电原理用，表欧姆档测试元件的各个电极之间的阻值。可初步判断管子是否完好。如用万用表R×1kΩ档测量阳极A和阴极K之间的正、反向电阻都很大，在几百千欧以上.且正、反向电阻相差很小;用R×10Ω或R×100Ω档测量控制极G和阴极K之间的阻值.其正向电阻应小于或接近于反向电阻、这样的晶闸管是好的.如果阳极与阴极或阳极与控制极间有短路，阴极与控制极间为短路或短路，则说明晶闸管是坏的。六、晶闸管的派生器件在晶闸管的家族中，除了最常用的普通型晶闸管之外，根据不同的实际需要，在普通晶闸管的基础上衍生出了一系列的派生器件，它们是采用不同材料和工艺制造的有特殊功能的晶闸管·主要有快速晶闸管（FST）、双向晶闸管(TRIAC).逆导晶闸管（RCT）和光控晶闸管(LTT)等，下面分别作简要介绍。

〔一〕快速晶闸管(FastSwitchThyristor,FAT)快速晶闸管是为了快速应用而设计的，有常规的快速晶闸管（开关频率在400Hz以上)和工作在更高频率(开关频率在10kHz以上)的高频晶闸管;它们的外形、电气符号、基本结构，伏安特性及使用都与普通晶间管相同.由于对晶闸管的管芯结构和制造工艺进行了改进，快速晶闸管的开关时间以及du/dt和di/dt耐量都有明显改善。从关断时间上看.将通晶闸管关断时间为数百微秒。快速晶闸管为数十微秒，而高频晶闸管为1us左右。与普通晶闸管相比高频晶闸管的不足在于其电压不易做高。由于工作频率较高。不能忽略其开关损耗的发热效应。（二）双向晶闸管(TriodeAC.Switch.TRIAC.)双向晶闸管不论从结构还是从特性方面来说，都可以看成是一对反向并联的普通晶闸管。其内部结构、等效电路、电气符号和伏安特性分别如图1–6（a）、（b）、（c）、（d）所示。图1-6双向晶闸管（a）内部结构；（b）等效电路；（c）电气符号；（d）伏安特性(三）逆导晶闸管（ReverseConductingThyristor，RCT）逆导晶闸管在逆变或直流电路中经需要将晶闸管和二极管反向并联使用，逆导晶闸管就是根据这一要求将晶闸管和二极管集成在同一硅片上制造而成的·其内部结构等效电路，电气符号和伏安特性分别如图1-7(a)、（b）（c）所示。图1-7逆导晶闸管（a）内部结构；（b）等效电路；（c）电气符号（d）伏安特性

（四）光控晶闸管（LightTriggeredThyristor，LTT）光控晶闸管又称光控触发晶闸管，它与普通晶管不同的是，其门极集成了一个光电二极管。可利用一定波长的光照信号代替电信号触发器件，使其导通。图1-8（a）、（b）所示分别为光控晶闸管的的电气符号和伏安特性曲线。

图1-8管控晶闸管（a）电气符号；（b）伏安特性曲线

晶闸管问世后不久门极可关断晶就出现了.20世纪80年代以来电力电子技术进入了一个崭新时代。门极可关断晶闸管、电力晶体管，电力场效晶体管、绝缘栅极双极晶闸管就是全控型电力电子器件的典型代表。.第二节全控电力电子器件一、门极可关断晶闸管（GTO）门极可关断晶闸管（GateTurnOffthyristor,GTO）也是晶闸管的一种派生器件.它具有普通晶闸管的全部特性，如耐压高(工作电压可高达6000V)、电流大（电流可达到6000A）)以及造价便宜等.同时又具有门极正脉冲信号触发导通.、门极负脉冲信号触发关断的特性，属于全控型双极型器件.（一）GTO的结构和工作原理

图1-9GTO内部结构和电气图形符号（a）各单元阴极、门极间隔排列的图形；（b）并联单元结构断面示意图；（c）电气图形符号图1-10GTO结构和等效电路（三）GTO的缓冲电路电力电子器件开通时流过的很大的电流，阻断时承受很高的电压；尤其在开关转换的瞬间，电路中各个储能元件的能量释放会导致器件经受很大的冲击，有可能超过器件的安全工作区而导致损坏。附加各种缓冲电路，目的不仅是降低浪电压、du/dt和di/dt，还希望能减少器件的开关损耗、避免器件损坏和抑制电磁干扰，提高电路的可靠性。吸收过电压的有效方法是在器件两端并联一个吸收过电压的阻容电路。图1-11(a)所示为只能用于小电流电路的缓冲电路器，图1-11(b)与图1-11(c)所示为较大容量GTO电路中常见的缓冲器，尽量选用快速型、接线短的二极管，这将使缓冲器阻容效果更显著。图1-11GTO阻容缓冲电路（四）GTO的门极驱动电路GTO门极触发方式通常有以下三种。（１）直流触发：在GTO被触发导通期间，门极一直加有直流触发信号。（２）连续脉冲触发：在GTO被触发导通期间，门极仍加有连续触发脉冲，所以也称脉冲系触发。（３）单脉冲触发：即常用的脉冲触发，应提高脉冲的前沿陡度，增大脉冲幅度和宽度，才能使GTO的大部分或全部达饱和导通状态。图1-12（a）、（b）所示两种触发电路都只能用于300A以下的GTO的导通，对于300A以上的GTO可用图1-12（C）所示的触发电路来控制。当晶体管V1和二极管VD导通时，GTO被触发导通；当晶体管V2和晶闸管VT导通时，GTO被门极反向电压关断。由于控制电路与主电路之间采用变压器进行隔离，GTO导通、关断时的电流不影响控制电路，提高了电路的容量，实现了用较小电压对大电流电路的控制。图1-12GTO的门极驱动电路（五）GTO的典型应用GTO作为全控型电力电子器件，主要用于高电压、大功率的直流变换电路（即斩波电路）、逆变器电路等需要原件强迫关断的场合，例如恒压恒频电源（CVCF）、不间断电源（UPS）等。另一类GTO的典型应用是调频调压电源，即VVVF，此电源多用于风机、水泵、轧机、牵引等交流变频调速系统中。

图1-13用电感、电容关断GTO的点火电路二、大功率晶体管（GTR） 大功率晶体管又可称为电力晶体管（GiantTransistor，GTR，直译为巨型晶体管），是一种耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor，BJT），英文有时候也称为PowerBJT。GTR的电气符号与普通晶体管相同。图1-14所示为某晶体管厂生产的1300系列GTR的外形.图1-14GTR外形（一）GTR的结构及其工作原理

图1-15GTR内部结构断面示意图、电气图形符号、ＧＴＲ内部载流子的流动（ａ）断面示意图；（ｂ）电气图形符号；（ｃ）内部载流子的流动（四）GTR的驱动电路和保护电路(1）简单的双电源驱动电路如图1-18所示.图１－１８双电源驱动电路2.GTR的保护电路由于GTR是一种大功率电力器件，常工作于大电流、高电压的场合，为了保证GTR的组成的系统安全可靠地正常运行.要采取有效措施对GTR实施保护，一般来说，GTR保护分为过电压保护、过电流保护、电流变化率di/dt限制和电压变化率du/dt限制等几个方面。图１－１９耗能式缓冲电路

（2）GTR的过电流、短路保护。GTR存在二次击穿等问题，由于二次击穿很快.远远小于快速熔断器的熔断时间，因此诸如快速熔断器之类的过电流保护方法对GTR类电力电子设备来说是无用的。所以GTR的过电流保护要依赖于驱动和特殊的保护电路。对GTR进行过流保护的一般做法是:利用参数状态识别对单个器件件进行自适应保护:利用互锁办法对桥臂中的两个器件进行保护。利用常规的办法对电力电子装置，进行最终保护.上述三个办法中，单独使用任何一种办法都不能进行有效保护.只有综合应用才能实现全方位的保护.下面对前两种方法加以介绍。

图１－２０识别保护电路2)桥臂互锁保护.逆变器运行时。可能发生桥臂短路故障，造成器件损坏.只有确认同一桥臂的一个GTR关断后.另一个GTR才能导通，这样能防止两管同时导通.避免桥臂短路.同时GTR的热容量极小。过电流能力很低.要求故故障检测、信号传送及保护动作能时间完成，要在微妙级的时间内将电流限制在过载能力的限度以内，采用桥臂的互锁保护。不但能提高可靠性。而且可以改进系统的动态性能，提高系统的工作频率.图1一21所示为GTR桥臂互锁保护的示意图.图１－２１ＧＴＲ桥臂互锁保护示意图（五）GTR的应用下面通过介绍一个简单的直流传动的例子来说明GTR的应用。GTR在直流传动系统中的功能是直流电压变换，即斩波调压。图１－２２ＧＴＲ在直流斩波调压电路的应用三、功率场效应管（P-MOSFET）场效应晶体管根据其结构不同分为结型场效应晶体管和绝缘栅金属一氧化物一半导体场效应晶体管。结型电力场效应晶体管一般称为静电感应晶体管((StaticInductionTransistor,SIT)。功率场效应晶体管通常主要是指绝缘栅型中的MOS型，又常被称为电力场效应晶体管，简称P-MOSFET(PowerMOSFET)，用字母PM表示。

(一)功率场效应管结构及工作原理

图１－２３Ｐ－ＭＯＳＦＥＴ的内部结构、电气图形符号（ａ）结构；（ｂ）电气图形符号图１－２４PM的图形符号及其在变流电路中的实际形式（a）PM的图形符号；（b）变流电路中的实际形式

(二)P-MOSFET的主要参数1.漏极电压UDS这是标称P-MOSFET的电压定额参数，该电压决定了P-MOSFET的最高工作电压。2.漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM这是标称P-MOSFET的电流定额参数，表征P-MOSFET的电流容量3.栅一源电压UGS栅源之间的绝缘层很薄,>20V将导致绝缘层击穿。该电压表征了P-MOSFET栅源之间能承受的最高电压。4.开启电压UV开启电压UV又称阀值电压，该电压是指P-MOSFET流过一定量的漏极电流时的最小栅源电压。(三)功率场效应晶体管的栅极驱动电路1.P-MOSFET对栅极驱动电路的要求(1)保证P-MOSFET可靠开通和关断。触发脉冲前、后沿要求陡峭，但也要考虑过陡的触发脉冲使管子在开通时承受的过高的电流冲击。(2)减小驱动电路的输入电阻以提高栅极充放电速度，从而提高P-MOSFET的开关速度。(3)触发脉冲电压应高于管子的开启电压，为了防止误导通，在P-MOSFET截止时能提供负的栅源电压。(4)驱动电路应实现主电路与控制电路之间的隔离，避免功率电路对控制信号造成干扰。(5)驱动电路应能提供适当的保护功能，使得功率管可靠工作，如低压锁存保护、过电流保护、过热保护及驱动电压籍位保护等。2.驱动电路举例(1)直接驱动电路。图1-25所示为一种数控逆变器(2)隔离驱动电路。图1-26所示为一种变压器隔离驱动电路。图1-25数控逆变器图1-26变压器隔离驱动电路(四)P-MOSFET的保护1.静电保护在静电较强的场合，P-MOSFET容易静电击穿，造成栅源短路，为了避免其击穿可采取的措施有：(1)应将其存放在防静电包装袋、件管壳，而不要拿引线。导电材料包装袋或金属容器中。取用器件时，应拿器件管壳，而不要拿线。(2)工作台和烙铁都必须良好接地，最好使用12~24V的低电压烙铁，且前端作为接地端，先焊栅极，后焊漏极与源极。(3)在测试P-MOSFET时，测量仪器和工作台都必须良好接地，P-MOSFET的三个电极未全部接入测试仪器或电路前，不要施加电压。改换测试范围时，电压和电流都必须先恢复到零。

2.栅源间的过电压保护:适当降低驱动电路的阻抗，在栅源间并接阻尼电阻。3.短路、过电流保护P-MOSFET的过电流和短路保护与GTR基本类似，仅是快速性要求更高。在故障信号取样和布线上要考虑抗干扰，并尽可能减小分布参数的影响。4.漏源间的过电压保护在感性负载两端并接钳位二极管，在器件漏源两端采用二极管VD及RC柑位电路或采用RC缓冲电路，图1一27所示。图1-27漏源间的过电压保护电路（a）采用二极管即RC钳位电路；（b）采用RC缓冲电路(五)P-MOSFET的应用P-MOSFET有如下特点:(1)P-MOSFET属电压控制器件，驱动电路简单，可直接与数字逻辑集成电路连接;(2)开关速度快，工作频率可达1MHz，比GTR器件快10倍，可实现高频斩波，开关损耗小;(3)为负电流温度系数，即器件内的电流随温度的上升而下降的负反馈效应，因此热稳定性好，不存在二次击穿问题，安全工作区SOA较大。由于P-MOSFET有上述特点，因此常用作高频的主开关功率器件。

四、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)绝缘栅双极型晶体管(Insulated-gateBipolarTransistor,IGBT或IGT)是20世纪80年代中期问世的一种新型电力电子器件，是将GTR和MOSFET相互取长补短适当结合而形成的复合器件，结合了二者的优点。由于其兼有MOSFET的快速响应、高输入阻抗和GTR的低通态压降、高电流密度的特性，近几年发展十分迅速。目前IGBT产品已系列化，最大电流容量达1800A，最高电压等级达4500V，工作频率达5OkHz。现在IGBT已取代了原来GTR的一部分市场，成为中小功率电力电子设备的主导器件，并在继续提高电压和电流容量，以期取代GTO的地位。

(一)IGBT的结构和工作原理IGBT的结构、电气符号及等效电路如图1-28所示，IGBT的结构是在P-MOSFET结构的基础上作了相应的改善，又增加了一个P+层，因而形成了一个大面积的P+N结J.，这使得IGBT具有很强的同流能力。图1-28IGBT的结构、电气符号及等效电路（a）IGBT的结构；(b)电气符号；（c）等效电路〔四)IGBT的驱动电路及保护电路1.驱动电路由于IGBT和P-MOSFET的输人特性几乎相同，因此其驱动电路同样可以相互适用。图1一30所示为一种脉冲变压器直接驱动IGBT的电路。IGBT的栅极驱动电路形式繁多，比如专用的集成驱动电路就有性能好、体积小、方便可靠等诸多优点，关于IGBT一专用驱动集成模块的结构、参数及使用说明可查阅其相应产品手册。图1-30IGBT的驱动电路

2.IGBT的保护(1)静电保护IGBT的输人级为MOSFET,所以IGBT也存在静电击穿的问题，防静电保护极为必要。可采用MOSFET防静电保护方法。(2)过电流保护。IGBT作为一种大功率电力电子器件常用于大电流、高电压的场合，因此对其采取保护措施以防器件损坏就显得非常重要与GTR一样IGBT过电流可采用集射极电压状态识别保护方法，通常的做法是:1)切断栅极驱动信号。只要检测出过电流信号，就在2μs内迅速撤除栅极信号。2)当检测到过电流故障信号时，立即将栅极电压降到某一电平，在定时器到达设置值之前，若故障消失，则栅极电压恢复正常工作值;定值时故障仍未消除，则使栅极电压降低到零响应。(3)过电压保护。利用缓冲电路(吸收电路)来抑制器件的内因过电压、du/dt和di/dt,减小器件的开关损耗。但由于IGBT的安全工作区宽，因而在有些应用中可不用缓冲电路。然而，由于IGBT控制峰值电流的能力比P-MOSFET强，因而在有些应用中可不用缓冲电路。(4)过热保护。利用温度传感器检测IGBT的壳温，当超过允许温度时，主电路跳闸以实现过热保护。此外，为了满足实际电路的要求，IGBT往往与反并联的快速二极管封装在一起，制成模块，成为逆导器件，使用时要加以注意。并且随着制造水平的迅速提高，各种功能完善的IGBT智能功率模块(简称IPM)层出不穷，它把驱动电路、保护电路和功率开关封装在一起组成模块，具有结构紧凑、安装方便、性能可靠等优点。五、静电感应晶体管（SIT）静电感应晶体管（StaticInductionTransistor，SIT），诞生于20世纪70年代，发展到现在已成为系列化的电力电子器件。SIT是一种多子导电的单极型器件，其工作频率与电力MOSFET相当，甚至更高，而且功率容量也比电力MOSFET更大，因而适用于高频大功率场合;目前在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得广泛应用。(一)SIT的结构和工作原理

图1-31ＳＩＴ结构及符号

六、静电感应晶闸管(SITI)静电感应晶闸管(StaticInductionThyristor,SITH)诞生于1972年，其特性很多与GTO类似，但开关速度比GTO快得多，是大容量的快速器件，在直流调速系统、高频加热电源和开关电源等领域已发挥着重要作用，但制造工艺复杂、成本高是阻碍其发展的重要因素，因而其应用范围还有待拓展。(一)SITH的工作原理

图１－３３ＳＩＴＨ的结构、符号（ａ）ＳＩＴＨ的结构；（ｂ）常用符号

近年来，还研制出了其他一些新型电力电子器件。(1)IGCT集成门极换流晶闸管自20世纪90年代后期出现，是从GTO发展而来的，结合了IGBT与GTO的优点，但开关频率却高于GTO，关断时间是GTO的1/10,容量与GTO相当，可达5OOOA/6500V。IGCT可省去GTO复杂的缓冲电路，但驱动功率仍很大。目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO在大功率场合的位置。(2)IEGT电子注人增强型栅极晶体管是以IGBT为基础发展而来的，融合了IGBT和GTO的优点，容量可达1000A/4500V,

(3)MCT为MOS场控晶闸管，是晶闸管SCR和场效应晶体管MOSFET复合而成的新型器件，其主导器件是SCR,控制元件是MOSFET。MCT具有耐压高、大电流、通态压降低、驱动功率小、开关速度快等优点。MCT是美国GE公司发起研制的，目前仍处在研制阶段。(4)功率模块与功率集成电路是20世纪80年代中后期开始出现的，模块化是电力电子器件研制和开发的共同趋势。将多个器件封装在一个模块中，可缩小装置体积.降低成本，提高可靠性。功率集成电路实现了电能和信息的集成，成为机电一体化的理想接口，应用前景非常广阔。第三节电力二极管

电力二极管((PowerDiode)自20世纪50年代初期就获得应用。虽然电力二极管属不可控型器件，但因其结构和原理简单、工作可靠，所以直到现在还大量应用于将交流电变换为直流电且不需要调压的场合中，特别是快恢复二极管和肖特基二极管，仍分别在中、高频整流和逆变以及低压高频整流的场合，居于不可替代的地位。

一、电力二极管的工作原理和特性电力二极管的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管一样，都是以半导体PN结为基础的。它实际上就是由一个面积较大的PN结和两端引线封装组成的。电力二极管的外形、结构和图形符号如图1一35所示。从外形看，电力二极管主要有螺栓型和平板型两种封装形式。图１－３５电力二极管的外形、结构和电气符号图１－３６ＰＮ结的形成图１－３７电力二极管的伏安特性曲线二、电力二极管的主要参数1.正向平均电流IF（AV）电力二极管的正向平均电流IF（AV）是指在规定的管壳温度和散热条件下允许通过的最大工频半波电流的平均值。IF（AV）是按照电流的发热效应来定义的，元件标称的额定电流就是这个电流。使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有1.5一2倍的裕量。2.正向压降UF正向压降UF是指在规定温度下，流过某一稳定正向电流时所对应的正向压降。3.反向重复峰值电压URPM反向重复峰值电压URPM重复施加的反向最高电压，通常是其雪崩击穿电压UB的2/3，为反向不重复峰值电压URSM的80%，也被定义为二极管的额定电压一般在选用电力二极管时，以其在电路中可能承受的反向峰值电压的2倍来选择反向重复峰值电压。4.反向恢复时间τrr反向恢复时间τrr是指电力二极管从所施加的反向偏置电流降至零起到恢复反向阻断能力为止的时间。5.最高工作结温TjM

结温是指管芯PN结的平均温度，用Tj表示。TjM是指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度。TjM通常在125-175℃范围之内。

三、电力二极管的主要类型下面按照正向压降、反向耐压、反向漏电流等性能，特别是反向恢复特性的不同介绍几种主要电力二极管类型。1.普通二极管普通二极管(GeneralPurposeDiode)又称整流二极管(RectifierDiode)，多用于开关频率不高（1kHz以下)的整流电路中，其反向恢复时间较长，正向电流定额和反向电压定额却可以达到很高。2.快恢复二极管快恢复极管(FastRecoveryDiode,FRD)简称快速二极管.从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两