新型功率器件MCT關斷模型的研究

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

關鍵詞：MOS控制晶閘管；狀態空間分析法；可關斷最大電流

1 引言

MCT是一種新型MOS/雙極復合器件。它是在普通晶閘管中用集成電路工藝制作大量的MOS開關，通過MOS開關的通斷來控制晶閘管的開啟和關斷。所以，MCT既有晶閘管良好的阻斷和通態特性，又具有MOS場效應管輸入阻抗高，驅動功率低和開關速度快的優點，同時克服了晶閘管速度慢，不能自關斷和高壓MOS場效應管導通壓降大的缺點。由于MCT與IGBT在相同的工作頻率下，其關斷的控制難度要高，制作工藝更復雜，所以其商業化速度沒有IGBT那么快。但是，在牽引和高壓DC變換領域中，對大容量，高輸入阻抗電力電子器件的迫切需要，激勵著對MCT的研究。

本文介紹了MCT的工作原理，并詳細地探討了MCT關斷模型，分析其模型動態變化時的穩定性，得出可關斷的最大電流與其結構的關系，并利用MATLAB仿真，證明推導結論的正確性。

2 MCT結構與工作特性

2.1 基本結構

MCT可分為P型或N型，對稱或不對稱關斷，單端或雙端關斷FET門極控制和不同的導通選擇（包括光控導通）。所有這些類型都有一個共同特點，即通過關斷FET使一個或兩個晶閘管的發射極－基極結短路來完成MCT的關斷。本文以P型不對稱關斷MOS門極的MCT為例進行說明。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，只是加入了導通FET和關斷FET。

（a） 斷面圖

(b) 等效電路圖

圖1 MCT的斷面圖和等效電路圖