各类功率元器件在工业控制系统中应用比较

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各类功率元器件在工业控制系统中应用比较作者：王继兵等

来源：《中国科技纵横》2014年第08期

【摘要】本文针对各类工业传动系统的功率电子元器件在工程项目中应用情况进行系统比较。在工业轧钢传动系统对可控功率元器件要求越来越高，GCT及IEGT功率元器件在科技发展的今天，由于卓越的性能，随着控制方式的日益完善，正被广泛应用与新型的工业传动系统的控制中。

【关键词】 IEGT SCR GTO GCT

1 普通晶闸管（SCR）

SCR问世于二十世纪五十年代，由于它的高阻断电压、大通态电流和低损耗的特点，半个多世纪以来一直得到广泛应用。其派生器件还包括快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管等。但晶闸管类器件存在不能自关断、关断时间过长（多为几百μs）、工作频率低等不足，使其

应用领域受到限制。

2 绝缘栅双极晶体管（IGBT）

二十世纪八十年代问世的IGBT是晶体管类器件的佼佼者，它的关断时间短（几μs），工作频率高，而且关断过程均匀，应用电路不需要缓冲电路。但单管面积（容量）有限，而为了提高导通电流和工作电压采取的串并联措施又增加了设计的难度和设备制造的复杂性。

随着科技进步，目前，IEGT是用于大功率轧钢机的AC电机能量转换新型高压大功率半导体。由于近年来开发了自断式高功率半导体工艺，在热轧的轧机中主传动设备采用了GTO 和高压IGBT。随着技术的发展，一种集成度更高，技术更先进、大功率的IEGT（注入强化闸门晶体管）投入使用。宝钢三热轧首次采用这种技术来控制轧机的主电机。

日本东芝开发的IEGT利用了“电子注入增强效应”，使之兼有IGBT和GTO两者的优点：低饱和压降，宽安全工作区低栅极驱动功率（比GTO低两个数量级）和较高的工作频率。器件采用平板压接式电极引出结构，可靠性高，性能已经达到4.5KV/1500A的水平。

而且关断过程是非均匀的，易产生局部过热现象，造成元件的失效。另外GTO电荷存储时间差异过大，使GTO在串联和并联应用时需要有复杂的缓冲电路，这种电路几乎占最终设备体积的一半以上。

采用GTO变频调速系统的主要缺点是：GTO元件导通状态和开关损耗都比较大，使传动装置本身的效率较交-交变频系统低；GTO元件需要阻容缓冲回路，其门极驱动复杂，内部接线多，故GTO系统的可靠性较交-交变频系统低；GTO元件需整体更换，其备件成本较高。