MOS 门控晶闸管 ( MOS Controlled Thyristor, MCT)是结合双极功率晶体管和MOS功率晶体管于一体的功率器件,主要利用两个 MOS 栅极来控制晶闸管的导通电流以获得较好的关断特性。如图 2-93 (a) 所示,一个 MOS 用来开启器件,另一个 MOS 用来关断晶闸管。MCT 不仅提供了双极威廉希尔官方网站 和MOS 威廉希尔官方网站 的工作特性,同时也为现有功率器件提供了合适的替代方案。MCT 是一种新型复合器件,它结合了晶闸管高功率处理能力以及 MOS 栅控器件的易控制性和高速度。
MCT 采用集成电路工艺制成,图2-93 (a)所示的是其中的一个单元 (cell),图2-93(b)是其等效电路,一个小的 MCT 大约有一万个单元。由等效电路看出,两个MOSFET 的栅极与 MCT 的栅极(G)相连。当栅极电压相对于阴极为正时,nMOSFET 导通,电流从阳极流进 npn 晶体管的基极使器件导通。当器件导通时,阳极的电压仅略高于阴极电压,此时若栅极电压相对于阳极为负则使pMOSFET 导通,电流经由 pMOSFET 直接流至阳极而不经过 pnp 晶体管的射基结,则晶闸管的正反馈因被破坏而关闭。如果功率器件里只有一个用于触发导通晶闸管的 MOSOFET,而没有关闭晶闸管的 MOSFET,则此器件称作 MOS 栅控晶闸管 (MOS Gated Thyristor, MCT)。
MCT 的优点:①电压高,电流大;②通态压降小(为 IGBT 的1/3,约1.1V);③极高的di/dt 和du/dt 耐量 (di/dt=2000A/μs, du/dt = 20000V/μs);④开关频率高,功耗低;⑤工作温度高(200℃以上);⑥门极驱动电路简单;⑦器件不因关断失效而损坏。
双极 BJT 功率器件具有通过大电流和耐高电压的能力。大电流注入造成的强电导率调制效应可使 BJT 具有较低的通态电压,故导通功耗较低。双极BJT功率器件是少数载流子传输器件,具有较长的少数载流子存储时间,致使器件的开关速度变慢;且由于它们是电流控制器件,匹配的驱动电路相对较复杂。相比之下,MOS 功率器件是多数载流子传输的器件,所以开关速度非常快。此外,MOS 功率器件的输入阻抗是电容式的高阻抗,器件的开关由电压控制,所以驱动电路的设计及制造很简单;特别是在低频下工作时,与双极 BJT 功率器件比较,会有较快的开关速度。MOS 功率器件具有正电阻率的温度系数,且由于不存在电导率调制的现象,使得 MOS 功率器件在高电压下具有较大的导通电阻Rᵈˢ。 MCT 是BJT-MOS 复合器件,在操作上结合了双极 BJT 功率器件和 MOS功率器件的优点,适用于低频、高电压和大功率的应用领域,电压阻断能力可达到10kV,但开关瞬变期间所产生的能耗限制了 MCT 结构的最大工作频率(低于100kHz) .
与GTO 器件的结构相比,MCT 结构的优势是匹配其 MOS 栅极结构的栅极控制电路较为简单,且由于分流路径很短,使 MCT 的阳极电压在栅极电压达到负的栅极电源电压之后能立即开始上升,故关断过程中的充电时间间隔较短。与IGBT 相比,MCT 的通态电压降落较小,功率损耗曲线较佳,但缺乏正向偏置的全工作区,故难以取代 IGBT。
审核编辑:刘清
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原文标题:MOS门控晶闸管,MOS 關斷晶閘管, MOS Controlled Thyristor (MCT)
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