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IGCT（Integrated Gate Commutated Thyristor，集成門極換流晶閘管）是在晶閘管（SCR）和門極可關斷晶閘管（GTO）基礎上發展起來的一種大功率半導體開關器件。 IGCT由門極換流晶閘管GCT（Gate Commutated Thyristor）和集成門極驅動單元共同組成。由于集成門極驅動單元承擔了所有驅動、控制和保護的任務，使用者只需要提供電源和光纖控制信號，就可以簡單地實現對IGCT器件開通關斷的控制。 北京交通大學電氣工程學院自2004年開始開展IGCT集成門極驅動技術的研究，成功研制了4000A/4500V不對稱型和1100A/4500V逆導型IGCT器件集成門極驅動單元，在國內率先掌握相關核心技術并完成了產品的試驗測試，已申請相關專利5項，擁有IGCT集成門極驅動技術的完全自主知識產權。在科技部科技支撐計劃項目的支持下，北京交通大學電氣工程學院正與國內多家企業合作，積極開展國產IGCT器件應用技術的研究，共同推進自主大功率電力電子器件的產業化進程。 IGCT與IGBT性能對比低壓IGBT高壓IGBTIGCT器件性能功率等級通過串并聯才能滿足MW級裝置的要求通過串并聯才能滿足MW級裝置的要求無需串并聯就可應用于MW級裝置導通損耗導通損耗較低導通損耗較大導通損耗最低開關損耗開關損耗較低開關損耗較大開關損耗較低開關頻率開關頻率最高較高較高吸收電路不需要吸收電路，但器件串聯對驅動電路的要求較高不需要吸收電路，但器件串聯對驅動電路的要求較高無需吸收電路驅動電路需單獨設計、安裝驅動電路需單獨設計、安裝驅動電路集成的門極驅動單元主電路保護及可靠性需要另外設計復雜的保護電路需要另外設計復雜的保護電路安全、無故障器件數目多中等最少結構器件數目較多，系統結構復雜結構比較緊湊結構非常緊湊接線復雜的布線和連接中等復雜的布線和連接非常簡潔的布線和連接   在科技支撐計劃“分布式功能系統高壓變流器與軟開關技術”項目支持下，采用國產IGCT器件研制3MW高壓風力發電并網變流器。

1. 痛點問題 功率半導體是支撐能源領域發展的核心部件。為實現3060雙碳目標，我國正在超常規推動新能源發電、大容量輸配電和電氣化交通等領域，對電壓等級4.5kV以上的功率器件需求急速增長。提高器件電壓和容量可以減少器件串并聯數量、縮減裝備體積和成本，是解決城市用地緊張、降低海上風電平臺建設成本的關鍵。然而，受工作機理和制備工藝限制，IGBT器件最大功率等級為4.5kV/3kA和6.5kV/0.75kA，已接近瓶頸，無法滿足能源發展需求。因此，亟需更高電壓、更大容量、更高可靠性和更低制造成本的功率半導體器件解決方案。 2020年，中國功率半導體市場規模達2000億元，但90%以上依賴進口，尤其是4.5kV以上器件，近乎全部進口。亟需尋求自主可控的功率半導體器件國產替代方案。 2. 解決方案 本技術面向新能源發電和輸配電領域大容量、高可靠的需求，提出了自主化IGCT器件（集成門極換流晶閘管）的設計、制備和驅動控制方案，可以提高阻斷電壓和關斷電流能力、降低器件運行損耗，且可以結合應用工況開展定制優化，如改善器件防爆特性、解決高壓裝置中的驅動供電問題等，從而實現大容量、高可靠、低成本、高效率的能量管理和功率變換。 目前團隊已研制出4.5kV/5kA和6.5kV/4kA的IGCT器件，功率等級全面覆蓋IGBT，且具有向更大容量發展的潛力。與IGBT、MOSFET等晶體管器件相比，本技術提出的IGCT具有通態損耗低、耐受電壓高、可靠性高、抗干擾能力強等突出優勢，符合能源發展趨勢，且制造工藝沿用基本沿用傳統的晶閘管路線，制造成本低，國內工藝基礎好。

1. 痛點問題 由于絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）具有驅動功率小而且驅動電路簡單、開關速度快并且損耗小、飽和壓降低、耐壓高、電流大等優點，在柔性直流電網中得到了廣泛的應用，現有的MMC換流閥裝備均是采用IGBT開關器件進行設計。事實上，IGBT于二十世紀八十年代初誕生，在九十年代得到飛速發展。然而傳統的焊接式IGBT容量較小、可靠性較低且失效后呈斷路特性，因此早期的IGBT主要應用于中低壓領域，直至壓接式IGBT誕生之后才開始在高壓、大功率電力電子換流器當中得到應用。IGBT器件的容量從最早的600V/6A級別逐漸提升，迄今為止已經達到了4.5kV/3kA的水平。IGCT誕生于1996年，由于其核心GCT芯片是由晶閘管改進而來，因此天然具備晶閘管大容量、高可靠性的特點。IGCT器件在2000年便已經達到了4.5kV/4kA的水平，相比之下壓接式IGBT直至2012年才達到相同的功率等級，隨著六英寸IGCT器件在未來投入使用，IGCT在容量上仍將對IGBT保持較大優勢。 另外，盡管IGBT優勢突出，但是相比電流型器件，仍然存在通態壓降大、可靠性低、制造成本高等問題，具有很多改進的空間。尤其是在海上風電柔性高壓直流輸電系統中，所使用的開關器件數量非常大，若能改進IGBT器件的特性，進一步提高效率和可靠性、減小成本，將會具有巨大的吸引力和應用前景。 2. 解決方案 模塊化多電平變換器（MMC）的多電平調制大幅降低了功率器件開關頻率，為集成門極換流晶閘管（IGCT）的應用帶來了契機。相比IGBT，IGCT的通態壓降和成本可降低達到1/3以上，并且IGCT具有非常強大的浪涌電流、短路失效和防爆能力，無需增加輔助電路便可實現冗余和防爆，確保柔直輸電系統免維護的高可靠需求。該技術實現更高電壓、更大功率、更高效率和可靠性的柔性直流輸電系統具有重要意義和廣闊的應用前景。