新型功率器件MCT關斷模型的研究

2.2 工作特性

由MCT的等效電路可知，一個MCT是由大量的這樣的等效電路組成的，每一個這樣的等效電路包括一個寬基區的PNP晶體管和一個窄基區的NPN晶體管（二者構成晶閘管），以及一個OFF-FET和一個ON-FET。OFF-FET連接在PNP晶體管的基極和發射極之間。同時，還有少部分ON-FET，連接在PNP晶體管的集電極和發射極之間。兩只MOS場效應管的柵極連在一起形成MCT門極。

當MCT門極相對于陰極施加正脈沖電壓時，ON-FET導通，它的漏極電流使NPN晶體管導通，NPN晶體管的集電極電流（空穴）使PNP晶體管導通，而PNP晶體管的集電極電流（電子）又促使了NPN晶體管的導通，這樣的正反饋，使MCT迅速由截止轉入導通，并處于擎住狀態。當門極相對于陰極加負脈沖電壓時，OFF-FET導通，PNP晶體管的基極－發射極被短路，使PNP晶體管截止，從而破壞了晶體管的擎住條件，使MCT關斷。無論開啟或關斷，在芯片上各部分都是同時進行的，所以MCT具有較高的開關速度。

3 MCT的關斷模型

3.1 MCT在關斷時的建模

MCT的關斷是由于PNP晶體管的基極－發射極被短路，使PNP晶體管截止。設PNP晶體管的基極－發射極間的短路電阻為R_off（即OFF-FET導通電阻）。因此，可以得到MCT在關斷過程的等效電路圖，見圖2。

圖2 MCT關斷時等效電路圖

MCT等效電路是由上層的PNP晶體管和下層的NPN晶體管耦合而成的，對上下兩層的晶體管進行等效，可以得到等效的仿真電路如圖3所示。圖中C_u，R_u，V_ou表示上層PNP晶體管的等效電容，電阻和反電勢；C_l、R_l、V_ol表示下層NPN晶體管的等效電容，電阻和反電勢；a_u、a_l、C_b表示上下耦合晶體管電流放大系數和晶體管間的等效電容。

圖3 MCT等效仿真電路圖

對MCT等效仿真電路圖可列出電路方程式（1），式（2）及式（3）。

I_f=C_u＋V_u－ （1）

I_f=C_l＋ （2）

I_f=C_b＋V_u＋V_l－ （3）