20世紀(jì)80年代可關(guān)斷晶閘管GTO的商品化促進了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展,與SCR相比其屬于自關(guān)斷器件,由于取消了強迫換流電路,簡化了在交流電力機車中大量采用的逆變器電路,目前GTO的容量為6000A/6000V,在電力機車調(diào)速中大多采用(3000~4000)A/4500V,中壓變頻器功率范圍多在(300~3500)kW以內(nèi),屬于較小的功率范圍。GTO開關(guān)頻率較低,需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的緩沖電路和門極觸發(fā)電路,用門極負電流脈沖關(guān)斷GTO,其值接近其陽極電流的1/3,如關(guān)斷3000A/4000V的GTO,需750A的門極負脈沖電流,其門極觸發(fā)電路需要多個MOSFET并聯(lián)的低電感電路,而同樣的高壓IGBT僅需5A的導(dǎo)通和關(guān)斷電流。GTO的工作頻率低于500Hz,以1500A/4500V的GTO為例,其開通時間為10μs,關(guān)斷時間約需20μs。
電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了晶閘管(SCR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、大功率晶體管(GTR)、絕緣柵晶體管(IGBT)等階段,目前,常壓變頻器基本上采用IGBT組成逆變電路,中壓變頻器中由于電路結(jié)構(gòu)的不同,交—直—交變頻器中逆變電路基本上由高壓IGBT、GTO、IGCT等組成,單元串聯(lián)多電平變頻器和中—低—中變頻器型多采用低壓IGBT構(gòu)成。
硬驅(qū)動GTO(IGCT)是關(guān)斷增益為1的GTO,GTO制造工藝上是由多個小的GTO單元并聯(lián)而成的,為解決關(guān)斷GTO時非均勻關(guān)斷和陰極電流收縮效應(yīng),縮短關(guān)斷時間,利用增加負門極電流上升率,在1μs內(nèi)使負門極電流上升到陽極電流的幅值而使GTO的門極-陰極迅速恢復(fù)阻斷。將GTO外配MOSFET組成的門極驅(qū)動器組合成IGCT,實現(xiàn)了場控晶管的功能,IGCT使用過程中要求開通和關(guān)斷過程盡可能短,目前IGCT的最高水平為4000A/6000V,IGCT關(guān)斷過程中仍需要di/dt緩沖器以防過電壓,IGCT以GTO為基礎(chǔ),其工作頻率應(yīng)在1kHz以下。
隨著關(guān)斷能力和載流能力的提高,高壓IGBT以其自保護功能強,無需吸收電路而具有廣闊的應(yīng)用前景。西門子公司從1988年開始研制和應(yīng)用低壓IGBT,在高壓IGBT的開發(fā)上也處于領(lǐng)先地位,以目前用于MV系列的1200A/3300VIGBT為例,其柵極發(fā)射極電壓僅為15V,觸發(fā)功率低,關(guān)斷損耗小,di/dt、dv/dt都得到了有效控制,目前高壓IGBT的研制水平為(600~1200)A/6500V,其工作頻率為(18~20)kHz。










