电力电子器材（Power Electronic Device），又称为功率半导体器材，用于电能改换和电能操控电路中的大功率（一般指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上）电子器材。能够分为半控型器材、全控型器材和不可控型器材，其间晶闸管为半控型器材，接受电压和电流容量在一切器材中最高；电力二极管为不可控器材，结构和原理简略，作业牢靠；还能够分为电压驱动型器材和电流驱动型器材，其间GTO、GTR为电流驱动型器材，IGBT、电力MOSFET为电压驱动型器材。
1. MCT （MOS Control led Thyristor）：MOS操控晶闸管
MCT的等效电路图
MCT 是一种新式MOS 与双极复合型器材。如上图所示。MCT是将 MOSFET 的高阻抗、低驱动图 MCT 的功率、快开关速度的特性与晶闸管的高压、大电流特型结合在一同，构成大功率、高压、快速全控型器材。实质上MCT 是一个MOS 门极操控的晶闸管。它可在门极上加一窄脉冲使其导通或关断，它由很多单胞并联而成。它与GTR，MOSFET， IGBT，GTO 等器材比较，有如下长处：
（1）电压高、电流容量大，阻断电压已达3 000V，峰值电流达1 000 A，最大可关断电流密度为6 000kA/ m2；
（2）通态压降小、损耗小，通态压降约为11V；
（3）极高的dv/dt和di/dt耐量，dv/dt已达 20 kV/s ，di/dt为2 kA/s；
（4）开关速度快， 开关损耗小，注册时刻约200ns，1 000 V 器材可在2 s 内关断；
2. IGCT（ Intergrated Gate Commutated Thyristors）
IGCT 是在晶闸管技能的基础上结合 IGBT 和GTO 等技能开发的新式器材，适用于高压大容量变频体系中，是一种用于巨型电力电子成套设备中的新式电力半导体器材。
IGCT 是将GTO 芯片与反并联二极管和门极驱动电路集成在一同，再与其门极驱动器在外围以低电感方法衔接，结合了晶体管的安稳关断才能和晶闸管低通态损耗的长处。在导通阶段发挥晶闸管的功用，关断阶段呈现晶体管的特性。IGCT 芯片在不串不并的情况下，二电平逆变器功率0.5~ 3 MW，三电平逆变器 1~ 6 MW；若反向二极管别离，不与IGCT 集成在一同，二电平逆变器功率可扩至4 /5 MW，三电平扩至 9 MW。
现在，IGCT 现已商品化， ABB 公司制作的 IGCT 产品的最高功用参数为4［1］ 5 kV / 4 kA ，最高研发水平为6 kV/ 4 kA。1998 年，日本三菱公司也开发了直径为88 mm 的GCT 的晶闸管IGCT 损耗低、 开关快速等长处保证了它能牢靠、高功率地用于300 kW~ 10 MW 变流器，而不需求串联和并联。
3. IEGT（ Injection Enhanced Gate Transistor） 电子注入增强栅晶体管
IEGT 是耐压达 4 kV 以上的 IGBT 系列电力电子器材，经过采纳增强注入的结构完结了低通态电压，使大容量电力电子器材取得了腾跃性的开展。IEGT 具有作为MOS 系列电力电子器材的潜在开展前景，具有低损耗、高速动作、高耐压、有源栅驱动智能化等特色，以及选用沟槽结构和多芯片并联而自均流的特性，使其在进一步扩展电流容量方面颇具潜力。别的，经过模块封装方法还可供给很多派出产品，在大、中容量改换器运用中被寄予厚望。日本东芝开发的 IECT 使用了电子注入增强效应，使之兼有 IGBT 和 GTO 两者的长处： 低饱满压降，安全作业区（吸收回路容量仅为 GTO 的非常之一左右） ，低栅极驱动功率（比 GT O 低两个数量级）和较高的作业频率。器材选用平板压接式电机引出结构，牢靠性高， 功用现已到达4.5 kV/ 1 500A 的水平。
4. IPEM（ Intergrated Power Elactronics Mod ules） ：集成电力电子模块
IPEM 是将电力电子设备的许多器材集成在一同的模块。它首先是将半导体器材MOSFET， IGBT或MCT 与二极管的芯片封装在一同组成一个积木单元，然后将这些积木单元迭装到开孔的高电导率的绝缘陶瓷衬底上，在它的下面依次是铜基板、氧化铍瓷片和散热片。在积木单元的上部，则经过外表贴装将操控电路、门极驱动、电流和温度传感器以及维护电路集成在一个薄绝缘层上。IPEM 完结了电力电子技能的智能化和模块化，大大降低了电路接线电感、体系噪声和寄生振荡，进步了体系功率及牢靠性
5. PEBB（Power Electric Building Block） ：
典型的PEBB
电力电子积木PEBB （ Pow er Elect ric Building Block ） 是在IPEM 的基础上开展起来的可处理电能集成的器材或模块。PEBB 并不是一种特定的半导体器材，它是按照最优的电路结构和体系结构设计的不同器材和技能的集成。典型的PEBB 上图所示。尽管它看起来很像功率半导体模块，但PEBB 除了包含功率半导体器材外，还包含门极驱动电路、电平转化、传感器、维护电路、电源和无源器材。PEBB 有能量接口和通讯接口。 经过这两种接口，几个PEBB 能够组成电力电子体系。这些体系能够像小型的DC- DC 转化器相同简略，也能够像大型的散布式电力体系那样杂乱。一个体系中， PEBB的数量能够从一个到恣意多个。多个 PEBB 模块一同作业能够完结电压转化、能量的贮存和转化、阴抗匹配等体系级功用，PEBB 最重要的特色便是其通用性。
6．超大功率晶闸管
晶闸管（SCR）自面世以来，其功率容量进步了近3000倍。现在许多国家已能安稳出产8kV / 4kA的晶闸管。日本现在已投产8kV / 4kA和6kV / 6kA的光触发晶闸管（LTT）。美国和欧洲首要出产电触发晶闸管。近十几年来，因为自关断器材的飞速开展，晶闸管的运用领域有所缩小，可是，因为它的高电压、大电流特性，它在HVDC、停止无功补偿（SVC）、大功率直流电源及超大功率和高压变频调速运用方面仍占有非常重要的位置。估计在往后若干年内，晶闸管仍将在高电压、大电流运用场合得到继续开展。
现在，许多出产商可供给额外开关功率36MVA （ 6kV/ 6kA ）用的高压大电流GTO。传统GTO的典型的关断增量仅为3～5。GTO关断期间的不均匀性引起的“挤流效应”使其在关断期间dv/dt有必要约束在 500～1kV/μs。为此，人们不得不运用体积大、贵重的吸收电路。别的它的门极驱动电路较杂乱和要求较大的驱动功率。到现在为止， 在高压（VBR 》 3.3kV ）、大功率（0.5～20 MVA）牵引、工业和电力逆变器中运用得最为遍及的是门控功率半导体器材。现在，GTO的最高研讨水平为6in、6kV / 6kA以及9kV/10kA。为了满意电力体系对1GVA以上的三相逆变功率电压源的需求，近期很有或许开宣布10kA/12kV的GTO，并有或许处理 30多个高压GTO串联的技能，可望使电力电子技能在电力体系中的运用方面再上一个台阶。
7.脉冲功率闭合开关晶闸管
该器材特别适用于传送极强的峰值功率（数MW）、极短的持续时刻（数ns）的放电闭合开关运用场合，如：激光器、高强度照明、放电焚烧、电磁发射器和雷达调制器等。该器材能在数kV的高压下快速注册，不需求放电电极，具有很长的运用寿数，体积小、价格比较低，可望替代现在尚在运用的高压离子闸流管、点燃管、火花空隙开关或真空开关等。
该器材共同的结构和工艺特色是：门-阴极周界很长并构成高度交错的结构，门极面积占芯片总面积的 90%，而阴极面积仅占10%；基区空穴-电子寿数很长，门-阴极之间的水平间隔小于一个分散长度。上述两个结构特色保证了该器材在注册瞬间，阴极面积能得到100%的运用。此外，该器材的阴极电极选用较厚的金属层，可接受瞬时峰值电流。
8.新式GTO器材-集成门极换流晶闸管
当时已有两种惯例GTO的替代品：高功率的IGBT模块、新式GTO派生器材-集成门极换流IGCT晶闸管。IGCT晶闸管是一种新式的大功率器材，与惯例 GTO晶闸管比较，它具有许多优秀的特性，例如，不必缓冲电路能完结牢靠关断、存贮时刻短、注册才能强、关断门极电荷少和运用体系（包含一切器材和外围部件如阳极电抗器和缓冲%&&&&&%器等）总的功率损耗低一级。
9．高功率沟槽栅结构IGBT（Trench IGBT） 模块
当今高功率IGBT模块中的IGBT元胞一般多选用沟槽栅结构IGBT。与平面栅结构比较，沟槽栅结构一般选用1μm加工精度，然后大大进步了元胞密度。因为门极沟的存在，消除了平面栅结构器材中存在的相邻元胞之间构成的结型场效应晶体管效应，一起引入了必定的电子注入效应，使得导通电阻下降。为增加长基区厚度、进步器材耐压发明了条件。所以近几年来呈现的高耐压大电流IGBT器材均选用这种结构。
1996年日本三菱和日立公司别离研发成功3.3kV/1.2kA 巨大容量的IGBT模块。它们与惯例的GTO比较，开关时刻缩短了20%，栅极驱动功率仅为GTO的1/1000。1997年富士电机研发成功1kA /2.5kV平板型IGBT，因为集电、发射结选用了与GTO相似的平板压接结构，选用更高效的芯片两头散热方法。特别有意义的是，避免了大电流IGBT 模块内部很多的电极引出线，进步了牢靠性和减小了引线电感，缺陷是芯片面积使用率下降。所以这种平板压接结构的高压大电流IGBT模块也可望成为高功率高电压变流器的优选功率器材。
10.电子注入增强栅晶体管IEGT（Injection Enhanced Gate Trangistor）
近年来，日本东芝公司开发了IEGT，与IGBT相同，它也分平面栅和沟槽栅两种结构，前者的产品行将面世，后者尚在研发中。IEGT兼有IGBT和GTO 两者的某些长处：低的饱满压降，宽的安全作业区（吸收回路容量仅为GTO的1/10左右），低的栅极驱动功率（比GTO低2个数量级）和较高的作业频率。加之该器材选用了平板压接式电极引出结构，可望有较高的牢靠性。
与IGBT比较，IEGT结构的首要特色是栅极长度Lg较长，N长基区近栅极侧的横向电阻值较高，因而从集电极注入N长基区的空穴，不像在IGBT中那样，顺畅地横向经过P区流入发射极，而是在该区域构成一层空穴堆集层。为了坚持该区域的电中性，发射极有必要经过N沟道向N长基区注入很多的电子。这样就使N长基区发射极侧也构成了高浓度载流子堆集，在N长基区中构成与GTO中相似的载流子散布，然后较好地处理了大电流、高耐压的对立。现在该器材已到达4.5kV /1kA的水平。
11.MOS门控晶闸管
MOS 门极操控晶闸管充分地使用晶闸管杰出的通态特性、优秀的注册和关断特性，可望具有优秀的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压，成为将来在电力设备和电力体系中有开展前途的高压大功率器材。现在国际上有十几家公司在积极开展对MCT的研讨。 MOS门控晶闸管首要有三种结构：MOS场控晶闸管（MCT）、基极电阻操控晶闸管（BRT）及射极开关晶闸管（EST）。其间EST或许是 MOS门控晶闸管中最有期望的一种结构。可是，这种器材要真实成为商业化的有用器材，到达替代GTO的水平，还需求适当长的一段时刻。
12.砷化镓二极管
跟着改换器开关频率的不断进步，对快康复二极管的要求也随之进步。众所周知，具有比硅二极管优胜的高频开关特性，可是因为工艺技能等方面的原因，砷化镓二极管的耐压较低，实践运用遭到限制。为习惯高压、高速、高功率和低EMI运用需求，高压砷化镓高频整流二极管已在Motorola 公司研发成功。与硅快康复二极管比较，这种新式二极管的明显特色是：反向漏电流随温度改变小、开关损耗低、反向康复特性好。
13.碳化硅与碳化硅（SiC ）功率器材
在用新式半导体资料制成的功率器材中，最有期望的是碳化硅 （ SiC ） 功率器材。它的功用指标比砷化镓器材还要高一个数量级，碳化硅与其他半导体资料比较，具有下列优异的物理特色： 高的禁带宽度，高的饱满电子漂移速度，高的击穿强度，低的介电常数和高的热导率。上述这些优异的物理特性，决议了碳化硅在高温、高频率、高功率的运用场合是极为抱负的半导体资料。在相同的耐压和电流条件下，SiC器材的漂移区电阻要比硅低200倍，即便高耐压的 SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器材的低得多。并且，SiC器材的开关时刻可达10nS量级，并具有非常优胜的 FBSOA。
SiC 能够用来制作射频和微波功率器材，各种高频整流器，MESFETS、MOSFETS和JFETS等。SiC高频功率器材已在Motorola公司研发成功，并运用于微波和射频设备。GE公司正在开发SiC功率器材和高温器材（包含用于喷气式引擎的传感器）。西屋公司现已制作出了在26GHz频率下作业的甚高频的MESFET。ABB公司正在研发高功率、高电压的SiC整流器和其他SiC低频功率器材，用于工业和电力体系。
