什么是MOS控制晶闸管(MCT)|MOS控制晶闸管(MCT)介绍-KIA MOS管

MOS控制晶闸管(MCT)相关解析

MCT (Mlos Controlled GTO) MOS和GTO复合器件，在导通时门极反偏，P沟MOS起作用，截止时门极正偏N沟MOS起作用。

MCT结构原理图，如图所示MCT具有电流密度高的特点，200℃时达500A/cm2，小元件达6kA/cm2导通电压低、损耗低、耐di/dt及dH/at能力强，dH /dt达8kV/μs，已做成5kV、2kA高耐压、大电流的元件，据认为MCT很有希望替代GTO晶闸管。

EST (Emitter Switched Thyristor)还有与EST同样结构元件叫ITT(IGBT Triggered Thyristor) 。图为EST结构剖面图，EST输出特性。

DMT (Depletion Mode Thyristor) DMT的结 构和等效电路如图所示，其原理是一个具有沟槽式结构的M0S控制极的晶闸管势垒变化，进行导通、关断。关断电流在电阻性负载达2000A/cm2在高温200℃关断电流达500A/cm2比MCT大一个数量级。

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控制晶闸管主要有三种结构：MOS控制晶闸管(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。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。

MOS控制晶闸管(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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