功率半導體器件家族中的重要成員——IGCT 器件能夠安全、可靠、經濟、高效地實現高壓大容量的能量轉換，在柔性直流輸電中展現出非常大的應用優勢，有望成為直流電網的“芯”選擇。
（來源：悅智網 微信公眾號）
個普通而又平凡的清晨，你在舒適的空調溫度下醒來。打開冰箱，取出食物做一頓美美的早餐；解鎖充好電的手機，查看最新的資訊；來到公司后打開電腦，開啟一天的工作。電力悄無聲息地融入你的生活，伴你度過充實的一天。與此同時，來自火電、水電、核電以及風電、光伏發電的電能正被源源不斷地輸送到城市和鄉村，供給傳統的能源、機械、交通、制造產業，以及新興的通信、航天、醫療、材料等高技術產業使用。
但是，來自不同源頭電能的電壓、頻率各不相同，它們就像形態、大小各異的食物，其中高達75%以上的部分都必須由“廚師”進行修整和加工，經過“烹飪”之后才能由“粗電”變成“精電”，最終供擁有不同“口味”的設備使用，滿足復雜的用電需求。這位能夠實現電能變換和控制的核心“大廚”便是功率半導體器件。功率半導體器件也稱電力電子器件，結合不同電路拓撲可以形成各類電力電子裝置，實現整流、逆變、變頻、調壓等功能。隨著功率半導體技術的不斷革新，從高壓輸電到城市用電，從工業變頻到醫療器械，從電動汽車的電機驅動到空調、冰箱等家用電器，再到手機、筆記本等數碼產品，功率半導體器件無處不在，與我們的生活密不可分。其中，集成門極換流晶閘管（Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT）器件作為功率半導體器件家族中的年輕成員于1997年shou次被提出，展現出了巨大的發展潛力，正成為直流電網的“芯”選擇。
IGCT器件的前世今生回顧
IGCT器件的發展史，要從晶閘管說起。晶閘管自從1957年在美國通用公司誕生以來，經過隨后20多年的發展，已經形成了從低壓小電流到高壓大電流的系列產品，早期的大功率變流器幾乎全部采用晶閘管。半個世紀之后，晶閘管憑借其無yu倫bi的大容量和可靠性、技術成熟性和價格優勢，依舊在大功率變頻調速、高壓直流輸電（HVDC）、柔xin交流輸電（FACTS）等領域中廣泛應用。到了20世紀70年代后期，晶閘管的一種派生器件——門極可關斷晶閘管（GTO）得到了快速發展。GTO是一種全控型器件，比傳統晶閘管具有更大的靈活性，被廣泛應用于軋鋼、軌道交通等需要大容量變頻調速的場合。但是由于GTO的驅動電路十分復雜且功耗很大，在關斷時還需要額外的吸收電路，因此隨著后來出現的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、IGCT等器件性能不斷提升，GTO逐漸被取代。
在20世紀80年代，以IGBT為代表的高速、全控型器件迅速發展。IGBT結合了金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）驅動功率小、開關速度快以及雙極型晶體管（BJT）通態壓降低、載流能力大的優點。隨著IGBT不斷更新換代，其日漸成為現代電力電子技術的主流器件，特別是壓接式IGBT的出現，使其向大功率、高效率跨出一大步，已被廣泛應用于柔性直流輸電（VSC-HVDC）工程當中。
與此同時，通過對GTO 技術的改進，新一代可關斷晶閘管類器件IGCT于20世紀90年代問世。IGCT改進了GTO芯片，并利用新型低感封裝將驅動電路和芯片緊密集成到一體，顯示出比傳統GTO 更加顯著的優點：損耗低、開關速度快、容量密度大、可靠性高等。這些優點保證了IGCT 可以在維持較低成本的基礎上，安全、可靠、經濟、高效地用于高壓大容量功率變換領域，并在一些電力電子裝置中具有更為突出的優勢。
我國突破IGCT器件新技術
自從IGCT誕生以來，由于其具有阻斷電壓高、容量大、通態損耗低、可靠性高等優點，在工業變頻調速、風電并網、軌道交通等領域廣泛應用。ABB公司針對中壓傳動領域的ACS系列變頻器以及針對風力發電領域的PCS系列換流器均采用IGCT作為開關器件，并于2017年研制成功了用于軌道交通供電的交交型模塊化多電平變換器（MMC）樣機；我國株洲中車時代電氣股份有限公司（現為株洲中車時代半導體有限公司）生產的IGCT器件也被大量應用于軌道交通領域。
近年來，在新能源輸送和大規模儲能的驅動下，直流電網在世界各國的發展勢不可擋。高壓大容量功率半導體器件作為MMC、直流斷路器、直流變壓器、直流耗能裝置等直流主干網絡關鍵裝備的核心元件，是學術研究的前沿話題，也是產業應用的關注熱點。IGBT具有驅動功率小而且驅動電路簡單、開關速度快、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。而事實上，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。尤其是在高壓大容量應用中，所使用的開關器件數量非常大，若能改進這些特性，進一步提高效率和可靠性、減小成本，將會具有很大的吸引力和應用前景。
而相比IGBT，IGCT具有更低的通態壓降、更高的可靠性以及更低的制造成本，并且結構緊湊、具有更高的阻斷電壓和通流的能力，有望改進IGBT在高壓大容量應用中的表現和性能。事實上，相比于交流電網應用，在柔性直流電網中，MMC、直流變壓器以及直流斷路器等關鍵設備均具有很多新的特點，例如MMC的開關頻率非常低、直流變壓器具有軟開關能力、直流斷路器僅需單次操作等。這些特點一定程度上將弱化IGCT開關速度慢等技術弱點，為IGCT在柔性直流電網中的應用帶來了巨大的契機。