大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件对比分析：原理、结构、特性和应用

周文鹏, 曾嵘, 赵彪, 陈政宇, 刘佳鹏, 白睿航, 吴锦鹏, 余占清

(清华大学)

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.212576

全控型压接式器件主要包括以IGBT（含IEGT）为代表的晶体管类器件和以IGCT为代表的晶闸管类器件。随着直流电网技术和工程化的推进，大容量全控型压接式器件的应用越来越广泛，但是现有文献缺少对其芯片结构、工作原理及封装形式的系统性分析，对于其工作特性和不同应用场景下的应用区别等更是较少涉及。

本文对大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件的原理、结构、特性及应用进行了综合对比分析。

论文首先对比了不同全控型压接式器件的芯片结构和制作工艺，然后围绕不同器件的工作原理和封装形式对其工作频率、关断能力、动态耐受、器件容量、工作损耗、驱动功率、管壳防爆特性、失效短路特性与器件可靠性等展开了深入对比分析，最后介绍了全控型压接式器件的应用现状，并对其应用前景进行了展望。

图1  IGBT（含IEGT）与IGCT器件的封装结构对比

大容量全控型压接式IGBT（含IEGT）和IGCT器件的封装结构对比如图1所示，其结构特征与主要工作特性归纳如表1。总的来说，在过去较长时间中，IGBT由于其高频特性，在轨道交通、工业变频、家用电器、新能源逆变器等中小容量应用领域广泛应用；同时全控型压接式技术的出现，在一定程度上使得IGBT拓展应用于高电压、大容量电力电子装备领域。

而随着电力电子装备电压和容量等级的进一步提升，IGCT器件的高压大容量优势逐步显现；对于以MMC换流器、直流断路器、风电变流器等为代表的低频大容量应用领域（低于1kHz），IGCT运行频率低、驱动功率高等不足被规避。尤其随着新一代IGCT-Plus器件攻克了黑启动、直通保护、高动态耐受、管壳防爆等技术瓶颈，其损耗低、成本低、容量大、安全性好等优势将得以充分发挥，具有广泛应用前景。

表1  IGBT（含IEGT）与IGCT的结构特征与主要工作特性

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