新型功率器件MCT關(guān)斷模型的研究

摘要：介紹了新型功率器件MCT（MOS控制晶閘管）的基本結(jié)構(gòu)，工作原理。詳細(xì)地探討了MCT在關(guān)斷情況下的建模，采用狀態(tài)空間分析法推導(dǎo)出了MCT的可關(guān)斷的最大電流與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并利用MATLAB/Simulink仿真證明了結(jié)論的正確性。

關(guān)鍵詞：MOS控制晶閘管；狀態(tài)空間分析法；可關(guān)斷最大電流

1 引言

MCT是一種新型MOS/雙極復(fù)合器件。它是在普通晶閘管中用集成電路工藝制作大量的MOS開(kāi)關(guān)，通過(guò)MOS開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)控制晶閘管的開(kāi)啟和關(guān)斷。所以，MCT既有晶閘管良好的阻斷和通態(tài)特性，又具有MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率低和開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了晶閘管速度慢，不能自關(guān)斷和高壓MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通壓降大的缺點(diǎn)。由于MCT與IGBT在相同的工作頻率下，其關(guān)斷的控制難度要高，制作工藝更復(fù)雜，所以其商業(yè)化速度沒(méi)有IGBT那么快。但是，在牽引和高壓DC變換領(lǐng)域中，對(duì)大容量，高輸入阻抗電力電子器件的迫切需要，激勵(lì)著對(duì)MCT的研究。

本文介紹了MCT的工作原理，并詳細(xì)地探討了MCT關(guān)斷模型，分析其模型動(dòng)態(tài)變化時(shí)的穩(wěn)定性，得出可關(guān)斷的最大電流與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并利用MATLAB仿真，證明推導(dǎo)結(jié)論的正確性。

2 MCT結(jié)構(gòu)與工作特性

2.1 基本結(jié)構(gòu)

MCT可分為P型或N型，對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)關(guān)斷，單端或雙端關(guān)斷FET門(mén)極控制和不同的導(dǎo)通選擇（包括光控導(dǎo)通）。所有這些類(lèi)型都有一個(gè)共同特點(diǎn)，即通過(guò)關(guān)斷FET使一個(gè)或兩個(gè)晶閘管的發(fā)射極－基極結(jié)短路來(lái)完成MCT的關(guān)斷。本文以P型不對(duì)稱(chēng)關(guān)斷MOS門(mén)極的MCT為例進(jìn)行說(shuō)明。圖1是MCT的斷面圖和等效電路。該等效電路與一般的晶閘管雙晶體管模型基本相同，只是加入了導(dǎo)通FET和關(guān)斷FET。

（a） 斷面圖

(b) 等效電路圖

圖1 MCT的斷面圖和等效電路圖