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IGBT，即绝缘栅双极晶体管，是一种N沟道增强型场控复合器件。它融合了功率MOSFET和双极性器件的诸多优点，包括高输入阻抗、快速开关速度、宽安全工作区、低饱和压降（甚至可媲美GTR的饱和压降）、高耐压能力和大电流承载能力。这使得IGBT在直流电压高达V的高压变流系统中具有广阔的应用前景。
一、电力电子器件的演变与重要性电力电子器件，亦被称为开关器件，在电路中扮演着类似信号电路中A/D采样的角色，即功率采样。这些器件的工作过程实质上是能量的转换与传递过程，其稳定性与可靠性直接关乎整个系统的安全与性能。基于可控性的不同，电力电子器件可大致分为两类。（一）半控型器件——初代电力电子器件在20世纪50年代，美国通用电气公司引领了电力电子技术的革命，通过硅晶闸管的发明，开启了这一领域的新篇章。随后，晶闸管（SCR）的衍生品种不断涌现，包括快速晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管以及不对称晶闸管等。这些半控型器件的功率逐渐提升，性能也得到了持续改进。然而，由于晶闸管的工作频率相对较低（通常不超过Hz），其应用范围受到了显著限制。此外，强迫换相电路的需求使得这些器件的整体重量和体积增加，进而影响了效率和可靠性。目前，我国生产的电力电子器件仍以晶闸管为主导。
（二）全控型器件——新一代电力电子器件
随着技术的不断突破和市场需求的演变，电力电子器件经历了从早期的小功率、低频、半控型器件，到如今的超大功率、高频、全控型器件的转变。全控型器件的出现，使得开关控制的灵活性得到了显著提升。自20世纪70年代后期开始，可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR或BJT）及其模块逐渐实用化，为后续高频全控型器件的涌现奠定了基础。这些器件包括电力场控晶体管（即功率MOSFET）、绝缘栅极双极晶体管（IGT或IGBT）、静电感应晶体管（SIT）以及静电感应晶闸管（SITH）等，它们在性能和效率方面都取得了显著进步。
二、电力电子器件的最新进展现代电力电子器件持续朝大功率、易驱动和高频化方向发展，其中电力电子模块化成为高功率密度发展的重要一环。目前，电力电子器件领域已取得多项重要突破，其中IGBT（绝缘栅双极晶体管）和MCT（MOS控制晶闸管）的发展尤为引人注目。
IGBT方面，高功率沟槽栅结构IGBT的研制成功，使得高耐压大电流IGBT器件能够采用更简洁的结构，减少了模块内部的电极引线，从而降低了引线电感，提高了可靠性。尽管如此，这种结构也面临芯片面积利用率下降的挑战。不过，这种平板压接结构的高压大电流IGBT模块在高压、大功率变流器中具有广阔的应用前景。
MCT作为一种新型MOS与双极复合型器件，通过集成电路工艺在普通晶闸管结构中融入大量MOS器件，实现了对晶闸管通断的精准控制。MCT不仅继承了晶闸管优良的导通与关断特性，还结合了MOS场效应管的高输入阻抗、低驱动功率和快速开关速度的优点，有效克服了晶闸管速度慢、不能自关断以及高压MOS场效应管导通压降大的不足。因此，MCT被视为极具发展潜力的新型功率器件。目前，MCT器件的最大可关断电流已达到A，最高阻断电压为3KV，可关断电流密度高达A/cm2，并且已成功试制出由2个MCT并联组成的模块。在应用层面，美国西屋公司利用MCT技术成功开发出0kW高频串并联谐振DC-DC变流器，其功率密度高达6.W/cm3。此外，美国还计划利用MCT组建功率变流设备，以构建KV高压直流输电HVDC系统。国内方面，东南大学通过SDB键合特殊工艺在实验室制成了00mA/00V的MCT样品，而西安电力电子技术研究所也利用进口厚外延硅片试制出9A/V的MCT样品。
接下来介绍IGCT，即集成门极换流晶闸管。IGCT是巨型电力电子成套装置中的新型电力半导体器件，其出现使得变流装置在多个方面取得了显著进展，包括功率、可靠性、开关速度、效率以及成本等。IGCT通过将GTO芯片与反并联二极管及门极驱动电路集成，再与低电感门极驱动器相连，充分发挥了晶体管的稳定关断能力和晶闸管的低通态损耗优势。在导通阶段，IGCT展现晶闸管的性能，而在关断阶段，则呈现晶体管的特性。这使得IGCT具有大电流、高电压、高开关频率、高可靠性以及结构紧凑和损耗低等特点，同时成本低、成品率高，具有广阔的应用前景。采用晶闸管技术的GTO，作为一种常用的大功率开关器件，在截止电压性能上表现出色，优于采用晶体管技术的IGBT。然而，标准GTO驱动技术的广泛应用导致开通和关断过程的不均匀性，需要高成本的dv/dt和di/dt吸收电路以及大功率的门极驱动单元，从而影响了其可靠性和价格优势，也不利于串联应用。尽管如此，在高压大功率低频交流器的领域中，IGCT已成为一种优选方案，尤其在MCT技术尚未成熟之前。
在国际市场上，瑞典的ABB公司已经推出了较为成熟的高压大容量IGCT产品。而在国内，由于成本等因素的限制，目前仅有包括清华大学在内的少数几家科研机构在其电力电子装置中应用了IGCT。
接下来介绍IEGT，即电子注入增强栅晶体管。这是一种耐压超过4KV的IGBT系列电力电子器件，通过独特的设计实现了低通态电压，从而推动了大容量电力电子器件的显著进步。IEGT不仅具备低损耗、高速动作和高耐压等优点，还采用了智能化的有源栅驱动技术。其沟槽结构和多芯片并联的自均流特性，使得电流容量扩展成为可能。此外，通过模块封装方式，IEGT能衍生出众多产品，有望在大型和中型容量变换器应用中发挥出色表现。
同样值得一提的是，日本东芝开发的IECT结合了IGBT和GTO的优点，具有低饱和压降、宽安全工作区和较高的工作频率等特点。其平板压接式电极引出结构提高了可靠性，性能已达到4.5KV/A的水平，为电力电子领域带来了新的选择。
最后介绍的是IPEM，即集成电力电子模块。这一技术在未来电力电子领域的发展中值得期待。IPEM，即集成电力电子模块，通过将电力电子装置中的多种器件进行集成，优化了电路设计和系统结构。它首先将MOSFET、IGBT或MCT等半导体器件与二极管芯片进行封装，形成积木单元，然后这些积木单元被有序地迭装到高电导率的绝缘陶瓷衬底上。底层依次是铜基板、氧化铍瓷片和散热片，为模块提供稳定的支撑和良好的散热性能。在积木单元的上方，通过表面贴装技术，将控制电路、门极驱动、电流和温度传感器以及保护电路等集成在一个薄绝缘层上，实现了电力电子技术的智能化和模块化。
此外，PEBB（电力电子积木）是在IPEM的基础上进一步发展的电能处理集成器件或模块。它并非单一的半导体器件，而是根据最优电路结构和系统结构设计而成的多种器件和技术集成。除了包含功率半导体器件外，PEBB还集成了门极驱动电路、电平转换、传感器、保护电路、电源以及无源器件等。PEBB具有能量接口和通讯接口，通过这两种接口，可以灵活地组合多个PEBB模块，构成不同复杂程度的电力电子系统。这些系统既可以是简单的DC-DC转换器，也可以是大型的分布式电力系统。而且，系统中PEBB的数量可以根据需求灵活调整，多个PEBB模块协同工作，能实现电压转换、能量储存与转换、阴抗匹配等系统级功能。PEBB的通用性是其最大的特点，使得它能够适应各种不同的应用场景和需求。
三、电力电子与直流输电的演进在20世纪50年代，可控汞弧阀换流器的问世与投入使用，为高压、大功率直流输电的发展奠定了基石。到了年，瑞典大陆至哥特兰岛的直流输电工程成为世界上首个采用汞弧阀换流器的商业化项目，这标志着HVDC输电技术的诞生。随后的20世纪50至70年代，HVDC技术主要处于汞弧阀换流器的应用阶段。随着高压大容量的可控硅元件组成的晶闸管换流器的诞生，它逐渐取代了汞弧阀，引领HVDC输电技术进入了一个崭新的发展阶段，即晶闸管换流时期。在年，瑞典率先尝试将可控硅换流器与原有的汞弧阀换流器相结合。自年起，全球范围内新建的直流输电工程几乎无一例外地采用了可控硅换流器，其中就包括目前世界上容量最大、电压等级最高的巴西ItaipuHVDC输电工程。该工程于年投入运营，以±kV的电压等级和6MW的传输容量，以及长达km的传输距离，展现了直流输电技术的巨大进步。时至今日，尽管晶闸管换流器在HVDC中仍占据主导地位，但随着新型电力电子器件的涌现，尤其是可关断器件的持续发展，其电压等级和容量不断攀升，同时具备高频开关特性，为HVDC技术注入了新的生机与活力。其中，“轻型直流输电（HVDClight）”（在我国被称为柔性直流输电）堪称HVDC发展史上的一个里程碑式的技术突破。它摒弃了传统HVDC中采用的CSC技术，转而采用IGBT等可关断器件构建的VSC，从而赋予了HVDC技术诸多新特性。
