新型功率器件MCT關(guān)斷模型的研究

2.2 工作特性

由MCT的等效電路可知，一個(gè)MCT是由大量的這樣的等效電路組成的，每一個(gè)這樣的等效電路包括一個(gè)寬基區(qū)的PNP晶體管和一個(gè)窄基區(qū)的NPN晶體管（二者構(gòu)成晶閘管），以及一個(gè)OFF-FET和一個(gè)ON-FET。OFF-FET連接在PNP晶體管的基極和發(fā)射極之間。同時(shí)，還有少部分ON-FET，連接在PNP晶體管的集電極和發(fā)射極之間。兩只MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極連在一起形成MCT門極。

當(dāng)MCT門極相對(duì)于陰極施加正脈沖電壓時(shí)，ON-FET導(dǎo)通，它的漏極電流使NPN晶體管導(dǎo)通，NPN晶體管的集電極電流（空穴）使PNP晶體管導(dǎo)通，而PNP晶體管的集電極電流（電子）又促使了NPN晶體管的導(dǎo)通，這樣的正反饋，使MCT迅速由截止轉(zhuǎn)入導(dǎo)通，并處于擎住狀態(tài)。當(dāng)門極相對(duì)于陰極加負(fù)脈沖電壓時(shí)，OFF-FET導(dǎo)通，PNP晶體管的基極－發(fā)射極被短路，使PNP晶體管截止，從而破壞了晶體管的擎住條件，使MCT關(guān)斷。無論開啟或關(guān)斷，在芯片上各部分都是同時(shí)進(jìn)行的，所以MCT具有較高的開關(guān)速度。

3 MCT的關(guān)斷模型

3.1 MCT在關(guān)斷時(shí)的建模

MCT的關(guān)斷是由于PNP晶體管的基極－發(fā)射極被短路，使PNP晶體管截止。設(shè)PNP晶體管的基極－發(fā)射極間的短路電阻為R_off（即OFF-FET導(dǎo)通電阻）。因此，可以得到MCT在關(guān)斷過程的等效電路圖，見圖2。

圖2 MCT關(guān)斷時(shí)等效電路圖

MCT等效電路是由上層的PNP晶體管和下層的NPN晶體管耦合而成的，對(duì)上下兩層的晶體管進(jìn)行等效，可以得到等效的仿真電路如圖3所示。圖中C_u，R_u，V_ou表示上層PNP晶體管的等效電容，電阻和反電勢(shì)；C_l、R_l、V_ol表示下層NPN晶體管的等效電容，電阻和反電勢(shì)；a_u、a_l、C_b表示上下耦合晶體管電流放大系數(shù)和晶體管間的等效電容。

圖3 MCT等效仿真電路圖

對(duì)MCT等效仿真電路圖可列出電路方程式（1），式（2）及式（3）。

I_f=C_u＋V_u－ （1）

I_f=C_l＋ （2）

I_f=C_b＋V_u＋V_l－ （3）