Admin金属氧化物半导体控制晶闸管;MOS控制晶闸管
MCT
MOS-controlled thyristor
MOS栅极控制晶闸管充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性,可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为将来在电力装置和电力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。 MOS栅控晶闸管主要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。 MCT(MOS-Controlled Thyristor)是一种新型MOS与双极复合型器件,如图2所示。它采用集成电路工艺,在普通晶闸管结构中制作大量MOS器件,通过MOS器件的通断来控制晶闸管的导……
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MOS栅极控制晶闸管充分地利用晶闸管良好的通态特性、优良的开通和关断特性,可望具有优良的自关断动态特性、非常低的通态电压降和耐高压,成为将来在电力装置和电力系统中有发展前途的高压大功率器件。目前世界上有十几家公司在积极开展对MCT的研究。 MOS栅控晶闸管主要有三种结构:MOS场控晶闸管(MCT)、基极电阻控制晶闸管(BRT)及射极开关晶闸管(EST)。
MCT(MOS-Controlled Thyristor)是一种新型MOS与双极复合型器件,如图2所示。它采用集成电路工艺,在普通晶闸管结构中制作大量MOS器件,通过MOS器件的通断来控制晶闸管的导通与关断。MCT既具有晶闸管良好的关断和导通特性,又具备MOS场效应管输入阻抗高、驱动功率低和开关速度快的优点,克服了晶闸管速度慢、不能自关断和高压MOS场效应管导通压降大的不足。所以MCT被认为是很有发展前途的新型功率器件。MCT器件的最大可关断电流已达到300A,最高阻断电压为3KV,可关断电流密度为325A/cm2,且已试制出由12个MCT并联组成的模块。
MCT最早由美国GE公司研制,是由MOSFET与晶闸管复合而成的新型器件。每个MCT器件由成千上万的MCT元组成,而每个元又是由一个PNPN晶闸管、一个控制MCT导通的MOSFET和一个控制MCT关断的MOSFET组成。MCT是一个真正的PNPN器件,这正是其通态电阻远低于其它场效应器件的最主要原因。MCT既具备功率MOSFET输入阻抗高、驱动功率小、开关速度快的特性,又兼有晶闸管高电压、大电流、低压降的优点。其芯片连续电流密度在各种器件中最高,通态压降不过是IGBT或GTR的1/3,而开关速度则超过GTR。
一个MCT器件由数以万计的MCT元组成,每个元的组成如下:PNPN晶闸管一个(可等效为PNP和NPN晶体管各一个),控制MCT导通的MOSFET(on-FET)和控制MCT关断的MOSFET(off-FET)各一个。当给栅极加正脉冲电压时,N沟道的on-FET导通,其漏极电流即为PNP晶体管提供了基极电流使其导通,PNP晶体管的集电极电流又为NPN晶体管提供了基极电流而使其导通,而NPN晶体管的集电极电流又反过来成为PNP晶体管的基极电流,这种正反馈使α1+α2>1,MCT导通。
当给栅极加负电压脉冲时,P沟道的off-FET导通,使PNP晶体管的集电极电流大部分经off-FET流向阴极而不注入NPN晶体管的基极,因此,NPN晶体管的集电极电流(即PNP晶体管的基极电流)减小,这又使得NPN晶体管的基极电流减小,这种正反馈使α1+α2<1,MCT关断。
MCT阻断电压高,通态压降小,驱动功率低,开关速度快。虽然MCT目前的容量水平仅为1000V/100A,其通态压降只有IGBT或GTR的1/3左右,但其硅片的单位面积连续电流密度在各种器件中是最高的。另外,MCT可承受极高的di/dt和du/dt,其值高达2000A/ s 和2000V/ s,这使得保护电路可以简化。其工作结温亦高达150～200℃。已研制出阻断电压达4000V的MCT,75A/1000VMCT已应用于串联谐振变换器。MCT的开关速度超过GTR,开关损耗也小。总之,MCT被认为是一种最有发展前途的电力电子器件。随着性能价格比的不断优化,MCT将逐渐走入应用领域并有可能取代高压GTO,与IGBT的竞争亦将在中功率领域展开。
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