新型功率器件MCT关断模型的研究

摘要：介绍了新型功率器件MCT（MOS控制晶闸管）的基本结构，工作原理。详细地探讨了MCT在关断情况下的建模，采用状态空间分析法推导出了MCT的可关断的最大电流与其结构的关系，并利用MATLAB/Simulink仿真证明了结论的正确性。

关键词：MOS控制晶闸管；状态空间分析法；可关断最大电流

1 引言

MCT是一种新型MOS/双极复合器件。它是在普通晶闸管中用集成电路工艺制作大量的MOS开关，通过MOS开关的通断来控制晶闸管的开启和关断。所以，MCT既有晶闸管良好的阻断和通态特性，又具有MOS场效应管输入阻抗高，驱动功率低和开关速度快的优点，同时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缺点。由于MCT与IGBT在相同的工作频率下，其关断的控制难度要高，制作工艺更复杂，所以其商业化速度没有IGBT那么快。但是，在牵引和高压DC变换领域中，对大容量，高输入阻抗电力电子器件的迫切需要，激励着对MCT的研究。

本文介绍了MCT的工作原理，并详细地探讨了MCT关断模型，分析其模型动态变化时的稳定性，得出可关断的最大电流与其结构的关系，并利用MATLAB仿真，证明推导结论的正确性。

2 MCT结构与工作特性

2.1 基本结构

MCT可分为P型或N型，对称或不对称关断，单端或双端关断FET门极控制和不同的导通选择（包括光控导通）。所有这些类型都有一个共同特点，即通过关断FET使一个或两个晶闸管的发射极－基极结短路来完成MCT的关断。本文以P型不对称关断MOS门极的MCT为例进行说明。图1是MCT的断面图和等效电路。该等效电路与一般的晶闸管双晶体管模型基本相同，只是加入了导通FET和关断FET。

（a） 断面图

(b) 等效电路图

图1 MCT的断面图和等效电路图