在不同的电驱动压裂变频器方案中，功率器件是其中需要着重考量的核心部分，研究功率器件可以更有效的支撑压裂电驱变频器功率匹配、整体集成及传动控制等技术研究，解决轻量化设计技术和集成模块化设计关键技术问题。大容量功率器件主要有IGBT、IGCT两类；IGCT (Integrated Gate ommutated Thyristor)具有容量大、可靠性高、抗干扰强、制造工艺可控等优势，在高端压裂电驱变频器范畴内具有显著的发展前景。
在上一篇《电驱压裂变频器方案对比分析》中，多电平串联H桥变频系统和NPC/H桥变频系统是目前电驱压裂领域中的主流型式。CHB结构采用低压IGBT组合，旨在通过多个功率单元串联来满足高压需求，从而与其它多电平逆变器需要采用高压IGBT或GCT相比，成本显著降低，但由于串联的器件及各自的门（栅）极驱动器的稳态、动态特性不可能完全相同，所以它们在关断或切换过程中所承受的电压也就有所不同，为保护开关器件、增强系统的可靠性，串联器件需要采用可靠的均压方案。而NPC箝位式多电平变频器通过箝位二极管和串联直流电容器产生多电平交流电压，通常以半H桥三电平和全H桥五电平为典型方案，NPC/H桥逆变器具有输入电流畸变极低、无需开关器件串联和电机电流 THD 低的特点，然而它所采用的移相变压器结构复杂，需要有 12 个二次侧绕组，同时在一些电压较高的应用场合，还要在逆变器输出端增加 dv/dt 滤波器。。
上图是9电平NPC/H桥逆变器的拓扑结构，从逆变器端看是5电平的，电机一般是Y接的，从电机端子上只能看到线电压，线电压是9电平的：+4，+3，+2，+1，0，-1，-2，-3，-4。其中移相变压器有3组相同的二次侧绕组，每组二次侧绕组与1个24脉二极管整流器相连，而且每组任意两个相邻二次侧绕组的相角为15°，NPC/H桥的中点与整流器的中点相连，以免逆变器产生中点电压漂移。现有国产变频器厂家中，选取4500V开关元件，三电平是三相半桥，对应3.3kV电压输出，五电平是三电平全桥，对应6.6kV电压输出，由于多个H桥串起来称为级联，五电平只有一级H桥，所以还不能称作级联。
电力电子器件的开关损耗在中高压传动系统总损耗中占有相当大的比例，减小开关损耗可以降低系统的运行成本，同时由于开关器件散热要求降低，系统的外形尺寸和制造成本也会有所降低。开关频率需要降低的另一个原因是开关器件和散热器之间存在热阻，它会影响两者之间的热交换。在实际的大功率系统中，IGBT 和IGCT 则通常被限制在500Hz左右。开关频率的降低，一般会造成系统网侧和电动机侧谐波和总谐波畸变率的增加，因此在较低的开关频率限制下，需要采取措施以减小波形畸变率。
在大功率压裂变频电驱装备发展初期，由于绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)具有驱动电路简单、开关速度快且损耗小、耐压高、通流强等优点，在CHB变频结构中得到了广泛应用。其中模块式IGBT(plasitic module IGBT，PMI)凭借成熟且简单的器件封装工艺得到关注，但是模块式IGBT内部芯片引线电极连接的设计使得芯片在发生故障失效时无法完全保证失效短路，同时树脂模块封装的设计使得器件经受较大故障浪涌电流时的抗破裂能力也较差。因此产业界和学者们逐渐转向对于大容量压接式IGBT的开发和应用研究。
与大容量压接式IGBT类似，集成门极换流晶闸管(integrated gate commutated thyristor，IGCT)也是一类大容量全控型压接式器件。相比IGBT，IGCT的开关频率较低(<1kHz)，但是也具有更高耐压、更大通流、更低导通压降、更高可靠性和更低的制造成本。在大功率压裂工作场景下的开关频率非常低，这使得IGCT低开关频率的劣势得到规避，从而IGCT在压裂装备领域中的应用展现出光明的前景。
现有大容量全控型压接式器件主 要 包 括 以IGBT(（包 含 注 入 增 强 栅 极 晶 体 管(injection enhanced gate transistor，IEGT)）为代表的晶体管类器件和以
IGCT为代表的晶闸管类器件。
对比IGBT与IGCT，尽管两者在PNP晶体管结构一侧都采用了缓冲层、透明集电极
(阳极)等结构，但是由于IGBT集成了MOSFET的栅极结构，因此其元胞纵向结构较为复杂。
由于IGBT芯片的元胞结构精细复杂，整晶圆芯片的成品率低，因此IGBT芯片通常是从一片晶圆切割下来的分立芯片。由于IGCT的元胞结构简单，芯片成品率高，因此IGCT芯片通常是整晶圆芯片。由于IGBT与IGCT在元胞结构、芯片形状及尺寸方面的差异，因此两者终端结构也不相同。
IGCT在开通时需要从门极注入触发电流。注入门极的触发电流会激发芯片体内寄生NPN和PNP互补晶体管的电流放大作用，使得体内迅速充斥大量来自阴、阳极发射极的电子与空穴，产生较强的电导调制效应。因此IGCT具备非常低的导通压降水平，在IGCT的开通及导通过程中，注入门极的电流通常被设定为具有较高电流上升率和峰值的窄脉冲触发电流和稳态维持电流的叠加，这种设计使得IGCT兼具快速开通和稳定导通的特性。
对比IGBT与IGCT，由于IGCT在开通时具有更强的电导调制效应，因此开通损耗与导通压降更低。但是与IGBT可以通过栅极驱动调节开通特性不同，IGCT的开通特性无法通过门极驱动进行调控。因此IGCT与快速恢复二极管(fast recovery diode
，FRD)在换流过程中的di/dt主要取决于外回路参数。为了确保IGCT与FRD换流过程的顺利进行，通常需要增设回路阳极电感，而为了抑制增设电感带来的过电压，还需要匹配由电容、电阻及二极管组成的钳位电路，以保证IGCT在关断期间的过电压不超过安全工作区。由于IGCT在导通时基区存在更多的非平衡载流子，所以关断时载流子抽出时间通常较长，关断速度较慢，关断损耗较高。而现有面向低频应用场景优化的IGBT会在开通时向基区注入更多的非平衡载流子，因此其关断损耗也有所增加。另外，在驱动方面，由于IGCT驱动在关断时需要进行大电流转移，稳态时又需要持续注入维持电流，因此相比IGBT驱动的工作频率低、驱动功率大。
无论是多芯片弹簧压接结构还是多芯片硬压接结构，采用多并联IGBT(含IEGT)芯片带来的复杂结构设计都无法避免。而采用整晶圆硬压接结构的IGCT器件，由于芯片两侧几乎整面接触双侧的电极结构，因此IGCT器件在大容量全控型压接式器件中具有最简单的封装结构。
IGCT在关断时首先需要实现晶闸管模式向开路晶体管的稳定过渡，确保IGCT
在阳极电压建立时，阴极不再发射电子。因此可以实现快速换流的低感封装及驱动对于确保IGCT的关断能力十分重要。另外与IGBT类似，IGCT也需要优化的纵向掺杂结构对其在关断期间的动态雪崩效应进行调控。此外，由于IGCT在关断时需要保证芯片内的数千个工作单元均可靠关断，所以还需要优化的横向排布设计避免电流局部汇聚导致IGCT失效。
随着具有高di/dt耐受能力的IGCT-Plus与FRD器件的提出，现有IGCT与FRD换流过程的di/dt得到提升，增设的回路阳极电感可以大幅减小。同时IGCT-Plus器件在驱动中集成了黑启动功能，在器件未供电的情况下可确保门极电位与阴极电位相同，从而消除了较高dv/dt下IGCT被误触发的风险。此外，黑启动功能的加入也使得IGCT可以采用与IGBT类似的回路自取电方式完成驱动供电电源的用电输入。优化的阳极电感和取电方式等使得整个回路设计可以向紧凑化、轻量化方向发展，这与压裂变频器要求的小体积、大功率的应用特性相贴合。
综上，IGCT采用的电流型驱动相比IGBT的电压型驱动，开关频率通常较低，驱动功率通常较大。但在低频应用场景中，IGCT的驱动功率会显著下降，使得驱动供电电源得到优化。对于电驱压裂应用领域，IGCT运行频率低、驱动功率大等缺陷被规避，其损耗低、成本低、容量大、安全性好等优势得以充分发挥，具有广泛的应用前景。
参考文献：《大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件对比分析：原理、结构、特性和应用》周文鹏，曾嵘，赵彪，陈政宇，刘佳鹏，白睿航，吴锦鹏，余占清