集成門極換流晶閘管

集成門極換流晶閘管IGCT（Integrated Gate-Commutated Thyristor）有的廠家也稱為GCT（Gate-Commutated Thyristor）,即門極換流晶閘管，是20世紀90年代后期出現(xiàn)的新型電力電子器件。IGCT將IGBT與GTO的優(yōu)點結(jié)合起來，其容量與GTO相當，但開關速度比GTO快10倍，而且可以省去GTO應用是龐大而復雜的緩沖電路，只不過其所需的驅(qū)動功率仍然很大。目前，IGCT正在與IGBT以及其他新型器件激烈競爭，試圖最終取代GTO在大功率場合的位置。

《晶閘管換流閥》內(nèi)容為:特高壓直流輸電是實施我國"西電東送"戰(zhàn)略的重要措施。國家電網(wǎng)公司特高壓建設部策劃組織國網(wǎng)直流工程建設有限公司監(jiān)造代表處編寫了《特高壓直流輸電工程換流站主設備監(jiān)造手冊》(簡稱《手冊》)，以向家壩-上?！?00kV特高壓直流輸電示范工程(簡稱向上直流工程)設備制造為依托，用以指導特高壓直流設備的現(xiàn)場監(jiān)造?！妒謨浴钒ā稉Q流變壓器和平波電抗器》、《晶閘管換流閥》、《直流控制保護系統(tǒng)》三個分冊?！毒чl管換流閥》為《晶閘管換流閥》，描述了特高壓換流閥的型式、主要參數(shù)和特點，按全過程監(jiān)造的流程，從監(jiān)造依據(jù)、設計審查、制造過程、試驗以及存棧等方面詳細介紹了開展監(jiān)造工作的內(nèi)容、具體的監(jiān)造方法和手段。在附錄中給出了向上直流工程換流閥的技術規(guī)范、送端復龍換流站和受端奉賢換流站的例行試驗和型式試驗項目及具體參數(shù)，不僅可供向上直流工程監(jiān)造人員監(jiān)造時采用，也為今后其他特高壓工程監(jiān)造提供了典型參數(shù)。

使可關斷晶閘管根據(jù)信號的要求導通或關斷的門極控制電路。用于控制電力電子電路中的可關斷晶閘管的通斷。對可關斷晶閘管門極驅(qū)動電路的一般要求是：當信號要求可關斷晶閘管導通時，驅(qū)動電路提供上升率足夠大的正門極脈沖電流,其幅度視晶閘管容量不同在0.1到幾安培的范圍內(nèi)變化，其寬度應保證可關斷晶閘管可靠導通；當信號要求可關斷晶閘管關斷時，驅(qū)動電路提供上升率足夠大的負門極脈沖電流，脈沖幅度要求大于可關斷晶閘管陽極電流的五分之一，脈沖寬度應大于可關斷晶閘管的關斷時間和尾部時間。

結(jié)構(gòu)與工作原理可關斷晶閘管門極驅(qū)動電路(圖1）包括門極開通電路和門極關斷電路。某些場合還包括虛線所示的門極反偏電路，以增加抗干擾能力。門極開通電路為可關斷晶閘管提供開通時的正門極脈沖電流。圖2a是一種門極開通電路，當導通信號電壓是高電平時，晶體管G1導通，其發(fā)射極電流即作為觸發(fā)電流流入可關斷晶閘管門極。門極關斷電路為可關斷晶閘管提供關斷時的負門極脈沖電流。圖2b是一種門極關斷電路，當關斷信號來時，晶閘管G2導通。負電壓E2通過G2加到可關斷晶閘管的門極，抽取門極電流。當可關斷晶閘管T關斷后,門極恢復阻斷，門極電流降為零，G2也恢復阻斷。圖2c是完整的雙電源門極驅(qū)動電路。

分類根據(jù)對驅(qū)動可關斷晶閘管的特性或容量、應用的場合、電路電壓、工作頻率、要求的可靠性和價格等方面的不同要求，有各式各樣的門極驅(qū)動電路。

圖3是單電源可關斷晶閘管門極驅(qū)動電路。輸入導通信號時，G1導通，產(chǎn)生正門極脈沖電流,使可關斷晶閘管導通。這時電容器C充上了左正右負的電壓。輸入關斷信號時，G1關斷，G2導通，電容電壓通過G2抽取可關斷晶閘管的門極電流，使可關斷晶閘管關斷。這種電路的特點是電路簡單，僅需一組驅(qū)動電路的電源。但導通信號的時間不能太短，否則電容上儲存的能量太小，不足以關斷可關斷晶閘管。

圖4是脈沖減窄的門極開通電路,用以減少門極損耗?？申P斷晶閘管導通后,能自行維持導通，門極正脈沖電流失去作用、在保證晶閘管可靠導通的前提下，盡可能減小正觸發(fā)脈沖的寬度。當導通信號電壓是高電平時，晶體管G1導通。G1的發(fā)射極電流通過電阻R，穩(wěn)壓管W提供G2的基極電流。G2進入放大狀態(tài),它的發(fā)射極電流即是可關斷晶閘管T的正門極脈沖電流。當T導通后，二極管D的陰極電位低于陽極電位，D導通，將G1所有的發(fā)射極電流引入T的陽極，G2截止，T 的門極電流降為零。這種電路既實現(xiàn)了正觸發(fā)脈沖的減窄，又無礙于變流器的正常工作。

為了用同一個控制電路控制不同電位的可關斷晶閘管或為了保證控制電路的安全，需將控制電路和可關斷晶閘管門極之間用光耦合器件或脈沖變壓器進行電位隔離。光耦合器是小功率器件，它的輸出信號經(jīng)放大后才能驅(qū)動可關斷晶閘管。光耦合器隔離的門極驅(qū)動電路常用于中小功率的可關斷晶閘管驅(qū)動；在大功率的可關斷晶閘管應用中，門極關斷電流往往很大，達幾百安。如不用變壓器進行阻抗變換，相對于門極阻抗而言，門極電路的電壓很低，很難確保關斷脈沖電流的上升率，所以在大功率可關斷晶閘管的門極關斷電路中，常用脈沖變壓器進行電位隔離。

圖5是一種用脈沖變壓器隔離的門極驅(qū)動電路。輸入導通信號時，用互補的高頻信號驅(qū)動晶體管G1和G2,在變壓器TM1中產(chǎn)生一個交流高頻方波電壓，經(jīng)二極管D1、D2整流后，為可關斷晶閘管提供一個正的門極驅(qū)動電流。輸入關斷信號時，晶體管G3導通,變壓器TM2副邊感生出下正上負的電壓，這個電壓通過R1和R2分壓加到晶閘管G4的門極,G4導通，負電壓通過G4加到可關斷晶閘管的門極，抽取負門極電流，使可關斷晶閘管關斷。