变频器常用的开关器件有哪些？

    答：目前，在中、小型变频器中用得最多的是功率晶体管CTR或BTR，为了提高放大倍数，常做成达林顿管，如图1-5 (a)所示。但一般电路图中仍画成单管，如图1-5 (b)所示。    在容量较大的变频调速器中，常用可关断晶闸管GTO，图形符号如图1-6 (a)所示。已经进入实用阶段的最新器件绝缘栅双极晶体管IGBT，图形符号如图1-6 (b)所示。另外，还有正在开发并已经取得成果的新品种。
    图1-5    功率晶体管
    图1-6    GTO和IGBT图形符号    门极可关断( GTO)晶闸管是目前能承受电压最高和流过电流最大的全控型（也称自关断）开关器件。它能由门极控制导通和关断，具有电流密度大、管压降低、导通损耗小、du/dt耐量高等突出优点。目前，GTO额定电压和额定电流已达6kV/6kA的生产水平，最适合大功率应用。但是GTO有不足之处，即门极为电流控制，驱动电路复杂，驱动功率大（关断增益β= 3~5）；关断过程中内部成百甚至上千个GTO元胞不均匀性引起阴极电流收缩（挤流）效应，在应用中必须采取相应的措施限制du/dt。为此，需要缓冲电路（也称吸收电路），采用缓冲电路既可增大变频器的体积、重量、成本，又可增加损耗。另外，GTO“拖尾”电流使关断损耗大，因此开关频率低。    在GTO的基础上，近年开发出一种门极换流晶闸管(GCT)，它采用了一些新技术（例如穿透型阳极），使电荷存储时间和拖尾电流减小，制约了二次击穿，可无缓冲器运行；GCT的N缓冲层，使硅片厚度以及通态损耗和开关损耗减少；GCT的特殊环状门极，使GCT开通时间缩短且串、并联容易。因此，GCT除了有GTO高电压、大电流、低导通压降等优点外，还改善了其开通和关断性能，使工作频率有所提高。    为了尽快将开关器件关断（例如1μs内），要求在门极PN不致击穿的电压下（-20V）能获得快于4000A/μs的变化率，以使阳极电流全部经门极快速泄流（即关断增益为1），必须采用低电感触发电路。为此，将这种门极电路配以MOSFET器件与GCT功率组件集成在一起，构成集成门极换流晶闸管(IGCT)。IGCT还可将续流二极管集成在同一芯片上（集成逆导型），可使装置中器件数量减少。    绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种复合型全控器件，具有MOSFET（输入阻抗高、开关速度快）和GTR（耐压高、电流密度大）二者的优点。栅极为电压控制，驱动功率小；开关损耗小，工作频率高；没有二次击穿，不需要缓冲电路；是目前中等功率电力电子装置中的主流器件。除了低压IGBT (1700V/1200A)外，还开发出高压IGBT，可达3.3kV/1.2kA或4.5kV/0.9kA的水平。IGBT的不足之处是：高压IGBT内阻大，因而导通损耗大；低压IGBT应用于高压电路需多个串联。表1-3所示为GTO、IGCT、IGBT的一些技术参数的比较。由表1-3可以得出，在lkHz以下，IGCT有一定的优势；在较高工作频率下，高压IGBT更具优势。    表1-3    GTO、IGCT、IGBT参数比较
    除了上述几种器件外，现在还在开发一些新器件。例如，新型大功率“注入增强栅极晶体管”(IEGT)，它兼有IGBT和GTO二者的优点，即开关特性相当于IGBT，工作频率高，栅极驱动功率小（比GTO小两个数量级）；而由于电子发射区注入增强，使器件的饱和压降进一步减小；功率相同时，缓冲电路的容量为GTO的1/10，安全工作区宽。目前，已有4.5kV/1kA的器件，可应用于高频电路。