电力电子器件（Power Electronic Device），又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能限度电途中的大功率（寻常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器件。可能分为半控型器件、全控型器件和弗成控型器件，此中晶闸管为半控型器件，承担电压和电流容量正在统统器件中最高；电力二极管为弗成控器件，构造和道理简易，职业牢靠；还可能分为电压驱动型器件和电流驱动型器件，此中GTO、GTR为电流驱动型器件，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器件。

　　MCT 是一种新型MOS 与双极复合型器件。如上图所示。MCT是将 MOSFET 的高阻抗、低驱动图 MCT 的功率、速开合速率的性情与晶闸管的高压、大电流特型连结正在一块，造成大功率、高压、火速全控型器件。本质上MCT 是一个MOS 门极限度的晶闸管。它可正在门极上加一窄脉冲使其导通或合断，它由多数单胞并联而成。它与GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器件比拟，有如下甜头：

　　（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可合断电流密度为6 000kA/ m2；

　　（4）开合速率速， 开合损耗幼，开明光阴约200ns，1 000 V 器件可正在2 s 内合断；

　　IGCT 是正在晶闸管身手的根本上连结 IGBT 和GTO 等身手开荒的新型器件，合用于高压大容量变频体例中，是一种用于巨型电力电子成套安装中的新型电力半导体器件。

　　IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电途集成正在一块，再与其门极驱动器正在表围以低电感方法贯串，连结了晶体管的平稳合断本领和晶闸管低通态损耗的甜头。正在导通阶段表现晶闸管的职能，合断阶段表现晶体管的性情。IGCT 芯片正在不串不并的情景下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器 1~ 6 MW；若反向二极管分袂，不与IGCT 集成正在一块，二电平逆变器功率可扩至4 /5 MW，三电平扩至 9 MW。

　　目前，IGCT 依然商品化， ABB 公司缔造的 IGCT 产物的最高职能参数为4［1］ 5 kV / 4 kA ，最高研造秤谌为6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也开荒了直径为88 mm 的GCT 的晶闸管IGCT 损耗低、 开合火速等甜头担保了它能牢靠、高功用地用于300 kW~ 10 MW 变流器，而不必要串联和并联。

　　IEGT 是耐压达 4 kV 以上的 IGBT 系列电力电子器件，通过选取巩固注入的构造实行了低通态电压，使大容量电力电子器件赢得了奔腾性的进展。IEGT 拥有举动MOS 系列电力电子器件的潜正在进展远景，拥有低损耗、高速行为、高耐压、有源栅驱动智能化等特征，以及采用沟槽构造和多芯片并联而自均流的性情，使其正在进一步推广电流容量方面颇具潜力。其它，通过模块封装方法还可供应繁多派临盆品，正在大、中容量变换器行使中被寄予厚望。日本东芝开荒的 IECT 欺骗了电子注入巩固效应，使之兼有 IGBT 和 GTO 两者的甜头： 低饱和压降，安笑职业区（接收回途容量仅为 GTO 的相当之一控造） ，低栅极驱动功率（比 GT O 低两个数目级）和较高的职业频率。器件采用平板压接式电机引出构造，牢靠性高， 职能依然到达4.5 kV/ 1 500A 的秤谌。

　　IPEM 是将电力电子安装的诸多器件集成正在一块的模块。它开始是将半导体器件MOSFET， IGBT或MCT 与二极管的芯片封装正在一块构成一个积木单位，然后将这些积木单位迭装到开孔的高电导率的绝缘陶瓷衬底上，正在它的下面依序是铜基板、氧化铍瓷片和散热片。正在积木单位的上部，则通过表貌贴装将限度电途、门极驱动、电流和温度传感器以及珍爱电途集成正在一个薄绝缘层上。IPEM 实行了电力电子身手的智能化和模块化，大大下降了电途接线电感、体例噪声和寄生振荡，升高了体例功用及牢靠性

　　电力电子积木PEBB （ Pow er Elect ric Building Block ） 是正在IPEM 的根本上进展起来的可经管电能集成的器件或模块。PEBB 并不是一种特定的半导体器件，它是遵照最优的电途构造和体例构造打算的分别器件和身手的集成。楷模的PEBB 上图所示。固然它看起来很像功率半导体模块，但PEBB 除了囊括功率半导体器件表，还囊括门极驱动电途、电平转换、传感器、珍爱电途、电源和无源器件。PEBB 有能量接口和通信接口。 通过这两种接口，几个PEBB 可能构成电力电子体例。这些体例可能像幼型的DC- DC 转换器相通简易，也可能像大型的漫衍式电力体例那样庞杂。一个别例中， PEBB的数目可能从一个到恣意多个。多个 PEBB 模块一块职业可能实行电压转换、能量的积蓄和转换、阴抗完婚等体例级效力，PEBB 最苛重的特征即是其通用性。

　　晶闸管（SCR）自问世以还，其功率容量升高了近3000倍。现正在很多国度已能平稳临盆8kV / 4kA的晶闸管。日本现正在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管（LTT）。美国和欧洲苛新临盆电触发晶闸管。近十几年来，因为自合断器件的飞速进展，晶闸管的行使规模有所缩幼，不过，因为它的高电压、大电流性情，它正在HVDC、静止无功积蓄（SVC）、大功爽直流电源及超大功率和高压变频调速行使方面仍占据相当苛重的名望。估计正在此后若干年内，晶闸管仍将正在高电压、大电风行使局面取得接连进展。

　　现正在，很多临盆商可供应额定开合功率36MVA （ 6kV/ 6kA ）用的高压大电流GTO。守旧GTO的楷模的合断增量仅为3～5。GTO合断时刻的不服均性惹起的“挤流效应”使其正在合断时刻dv/dt务必局部正在 500～1kV/s。为此，人们不得晦气用体积大、高贵的接收电途。其它它的门极驱动电途较庞杂和请求较大的驱动功率。到目前为止， 正在高压（VBR 》 3.3kV ）、大功率（0.5～20 MVA）牵引、工业和电力逆变器中行使得最为广大的是门控功率半导体器件。目前，GTO的最高探索秤谌为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了餍足电力体例对1GVA以上的三相逆变功率电压源的必要，近期很有能够开荒出10kA/12kV的GTO，并有能够处分 30多个高压GTO串联的身手，可望使电力电子身手正在电力体例中的行使方面再上一个台阶。

　　该器件独特合用于传送极强的峰值功率（数MW）、极短的继续光阴（数ns）的放电闭合开合行使局面，如：激光器、高强度照明、放电点燃、电磁发射器和雷达调造器等。该器件能正在数kV的高压下火速开明，不必要放电电极，拥有很长的利用寿命，体积幼、价值较量低，可望庖代目前尚正在行使的高压离子闸流管、引燃管、火花间隙开合或真空开合等。

　　该器件奇特的构造和工艺特征是：门-阴极周界很长并造成高度交错的构造，门极面积占芯片总面积的 90%，而阴极面积仅占10%；基区空穴-电子寿命很长，门-阴极之间的秤谌隔断幼于一个扩散长度。上述两个构造特征确保了该器件正在开明倏得，阴极面积能取得100%的行使。别的，该器件的阴极电极采用较厚的金属层，可承担瞬时峰值电流。

　　而今已有两种惯例GTO的取代品：高功率的IGBT模块、新型GTO派生器件-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新型的大功率器件，与惯例 GTO晶闸管比拟，它拥有很多优秀的性情，比方，不必缓冲电途能实行牢靠合断、存贮光阴短、开明本领强、合断门极电荷少和行使体例（囊括统统器件和表围部件如阳极电抗器温顺冲电容器等）总的功率损耗低等。

　　当今高功率IGBT模块中的IGBT元胞寻常多采用沟槽栅构造IGBT。与平面栅构造比拟，沟槽栅构造寻常采用1m加工精度，从而大大升高了元胞密度。因为门极沟的存正在，毁灭了平面栅构造器件中存正在的相邻元胞之间造成的结型场效应晶体管效应，同时引入了必然的电子注入效应，使得导通电阻降落。为加添长基区厚度、升高器件耐压造造了要求。因此近几年来涌现的高耐压大电流IGBT器件均采用这种构造。

　　1996年日本三菱和日立公司永诀研造告成3.3kV/1.2kA 强壮容量的IGBT模块。它们与惯例的GTO比拟，开合光阴缩短了20%，栅极驱动功率仅为GTO的1/1000。1997年富士电机研造告成1kA /2.5kV平板型IGBT，因为集电、发射结采用了与GTO好似的平板压接构造，采用更高效的芯片两头散热方法。独特故意思的是，避免了大电流IGBT 模块内部巨额的电极引出线，升高了牢靠性和减幼了引线电感，差错是芯单方积欺骗率降落。因此这种平板压接构造的高压大电流IGBT模块也可望成为高功率高电压变流器的优选功率器件。

　　近年来，日本东芝公司开荒了IEGT，与IGBT相通，它也分平面栅和沟槽栅两种构造，前者的产物即将问世，后者尚正在研造中。IEGT兼有IGBT和GTO 两者的某些甜头：低的饱和压降，宽的安笑职业区（接收回途容量仅为GTO的1/10控造），低的栅极驱动功率（比GTO低2个数目级）和较高的职业频率。加之该器件采用了平板压接式电极引出构造，可望有较高的牢靠性。

　　与IGBT比拟，IEGT构造的苛重特征是栅极长度Lg较长，N长基区近栅极侧的横向电阻值较高，于是从集电极注入N长基区的空穴，不像正在IGBT中那样，胜利地横向通过P区流入发射极，而是正在该区域造成一层空穴蕴蓄聚积层。为了维持该区域的电中性，发射极务必通过N沟道向N长基区注入巨额的电子。云云就使N长基区发射极侧也造成了高浓度载流子蕴蓄聚积，正在N长基区中造成与GTO中好似的载流子漫衍，从而较好地处分了大电流、高耐压的抵触。目前该器件已到达4.5kV /1kA的秤谌。

　　MOS 门极限度晶闸管足够地欺骗晶闸管优越的通态性情、优秀的开明和合断性情，可望拥有优秀的自合断动态性情、分表低的通态电压降和耐高压，成为改日正在电力安装和电力体例中有进展出途的高压大功率器件。目前寰宇上有十几家公司正在踊跃发展对MCT的探索。 MOS门控晶闸管苛重有三种构造：MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻限度晶闸管（BRT）及射极开合晶闸管（EST）。此中EST能够是 MOS门控晶闸管中最有祈望的一种构造。不过，这种器件要真正成为贸易化的适用器件，到达庖代GTO的秤谌，还必要相当长的一段光阴。

　　跟着变换器开合频率的不停升高，对速还原二极管的请求也随之升高。家喻户晓，拥有比硅二极管优良的高频开合性情，不过因为工艺身手等方面的来由，砷化镓二极管的耐压较低，实践行使受到范围。为顺应高压、高速、高功用和低EMI行使必要，高压砷化镓高频整流二极管已正在Motorola 公司研造告成。与硅速还原二极管比拟，这种新型二极管的明显特征是：反向泄电流随温度变革幼、开合损耗低、反向还原性情好。

　　正在用新型半导体资料造成的功率器件中，最有祈望的是碳化硅 （ SiC ） 功率器件。它的职能目标比砷化镓器件还要高一个数目级，碳化硅与其他半导体资料比拟，拥有下列优异的物理特征： 高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速率，高的击穿强度，低的介电常数和高的热导率。上述这些优异的物理性情，定夺了碳化硅正在高温、高频率、高功率的行使局面是极为理思的半导体资料。正在同样的耐压和电流要求下，SiC器件的漂移区电阻要比硅低200倍，尽管高耐压的 SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低得多。况且，SiC器件的开合光阴可达10nS量级，并拥有相当优良的 FBSOA。

　　SiC 可能用来缔造射频和微波功率器件，种种高频整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器件已正在Motorola公司研发告成，并行使于微波和射频安装。GE公司正正在开荒SiC功率器件和高温器件（囊括用于喷气式引擎的传感器）。西屋公司依然缔造出了正在26GHz频率下职业的甚高频的MESFET。ABB公司正正在研造高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器件，用于工业和电力体例。