什么是MOS控制晶閘管(MCT)|MOS控制晶閘管(MCT)介紹-KIA MOS管

MOS控制晶閘管(MCT)相關(guān)解析

MCT (Mlos Controlled GTO) MOS和GTO復合器件，在導通時(shí)門(mén)極反偏，P溝MOS起作用，截止時(shí)門(mén)極正偏N溝MOS起作用。

MCT結構原理圖，如圖所示MCT具有電流密度高的特點(diǎn)，200℃時(shí)達500A/cm2，小元件達6kA/cm2導通電壓低、損耗低、耐di/dt及dH/at能力強，dH /dt達8kV/μs，已做成5kV、2kA高耐壓、大電流的元件，據認為MCT很有希望替代GTO晶閘管。

EST (Emitter Switched Thyristor)還有與EST同樣結構元件叫ITT(IGBT Triggered Thyristor) 。圖為EST結構剖面圖，EST輸出特性。

DMT (Depletion Mode Thyristor) DMT的結 構和等效電路如圖所示，其原理是一個(gè)具有溝槽式結構的M0S控制極的晶閘管勢壘變化，進(jìn)行導通、關(guān)斷。關(guān)斷電流在電阻性負載達2000A/cm2在高溫200℃關(guān)斷電流達500A/cm2比MCT大一個(gè)數量級。

MOS柵極控制晶閘管充分地利用晶閘管良好的通態(tài)特性、優(yōu)良的開(kāi)通和關(guān)斷特性，可望具有優(yōu)良的自關(guān)斷動(dòng)態(tài)特性、非常低的通態(tài)電壓降和耐高壓，成為將來(lái)在電力裝置和電力系統中有發(fā)展前途的高壓大功率器件。目前世界上有十幾家公司在積極開(kāi)展對MCT的研究。

MOS控制晶閘管主要有三種結構：MOS控制晶閘管(MCT)、基極電阻控制晶閘管(BRT)及射極開(kāi)關(guān)晶閘管(EST)。

MCT(MOS-Controlled Thyristor)是一種新型MOS與雙極復合型器件。它采用集成電路工藝，在普通晶閘管結構中制作大量MOS器件，通過(guò)MOS器件的通斷來(lái)控制晶閘管的導通與關(guān)斷。

MCT既具有晶閘管良好的關(guān)斷和導通特性，又具備MOS場(chǎng)效應管輸入阻抗高、驅動(dòng)功率低和開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管速度慢、不能自關(guān)斷和高壓MOS場(chǎng)效應管導通壓降大的不足。

所以MCT被認為是很有發(fā)展前途的新型功率器件。MCT器件的最大可關(guān)斷電流已達300A，最高阻斷電壓為3KV，可關(guān)斷電流密度為325A/cm2，且已試制出由12個(gè)MCT并聯(lián)組成的模塊。

MOS控制晶閘管(MCT)最早由美國GE公司研制，是由MOSFET與晶閘管復合而成的新型器件。每個(gè)MCT器件由成千上萬(wàn)的MCT元組成，而每個(gè)元又是由一個(gè)PNPN晶閘管、一個(gè)控制MCT導通的MOSFET和一個(gè)控制MCT關(guān)斷的MOSFET組成。

MCT是一個(gè)真正的PNPN器件，這正是其通態(tài)電阻遠低于其它場(chǎng)效應器件的最主要原因。MCT既具備功率MOSFET輸入阻抗高、驅動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快的特性，又兼有晶閘管高電壓、大電流、低壓降的優(yōu)點(diǎn)。

其芯片連續電流密度在各種器件中最高，通態(tài)壓降不過(guò)是IGBT或GTR的1/3，而開(kāi)關(guān)速度則超過(guò)GTR。

一個(gè)MCT器件由數以萬(wàn)計的MCT元組成，每個(gè)元的組成如下：PNPN晶閘管一個(gè)（可等效為PNP和NPN晶體管各一個(gè)），控制MCT導通的MOSFET（on-FET）和控制MCT關(guān)斷的MOSFET（off-FET）各一個(gè)。

當給柵極加正脈沖電壓時(shí)，N溝道的on-FET導通，其漏極電流即為PNP晶體管提供了基極電流使其導通，PNP晶體管的集電極電流又為NPN晶體管提供了基極電流而使其導通，而NPN晶體管的集電極電流又反過(guò)來(lái)成為PNP晶體管的基極電流，這種正反饋使α1+α2>1，MCT導通。

當給柵極加負電壓脈沖時(shí)，P溝道的off-FET導通，使PNP晶體管的集電極電流大部分經(jīng)off-FET流向陰極而不注入NPN晶體管的基極，因此，NPN晶體管的集電極電流(即PNP晶體管的基極電流)減小，這又使得NPN晶體管的基極電流減小，這種正反饋使α1+α2<1,MCT關(guān)斷。

MCT阻斷電壓高，通態(tài)壓降小，驅動(dòng)功率低，開(kāi)關(guān)速度快。雖然MCT目前的容量水平僅為1000V/100A，其通態(tài)壓降只有IGBT或GTR的1/3左右，但其硅片的單位面積連續電流密度在各種器件中是最高的。

另外，MCT可承受極高的di/dt和du/dt，其值高達2000A/ s 和2000V/ s，這使得保護電路可以簡(jiǎn)化。其工作結溫亦高達150～200℃。已研制出阻斷電壓達4000V的MCT，75A/1000VMCT已應用于串聯(lián)諧振變換器。

MCT的開(kāi)關(guān)速度超過(guò)GTR，開(kāi)關(guān)損耗也小。總之，MCT被認為是一種最有發(fā)展前途的電力電子器件。隨著(zhù)性能價(jià)格比的不斷優(yōu)化，MCT將逐漸走入應用領(lǐng)域并有可能取代高壓GTO，與IGBT的競爭亦將在中功率領(lǐng)域展開(kāi)。

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