新型功率器件MCT關(guān)斷模型的研究

式中：I_f為通過(guò)MCT的電流；

V_u為上層基極－發(fā)射極間電壓；

V_l為下層基極－發(fā)射極間電壓；

V_f為晶閘管陽(yáng)極－陰極間電壓。

把式（1）,式（2）及式（3）寫成式（4）的狀態(tài)方程形式

=＋＋I_f （4）

從而得到了MCT狀態(tài)模型。

3.2 對(duì)MCT模型動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性分析

對(duì)式（4）的A矩陣進(jìn)行分析，其特征根是S₁，S₂，S₃。

S₁=；S₂=；S₃=0 （5）

可以看出，系統(tǒng)是處于邊界穩(wěn)定的，在穩(wěn)定情況下的上下晶體管的基極－發(fā)射極間電壓如式（6）及式（7）所示。

V_u=I_f＋ （6）

V_l=I_fR_l＋V_ol （7）

把式（6）及式（7）代入式（4）可以得到Vb的微分式（8），即

=－＋ （8）

dV_b/dt如果是正的，表示V_b在升高，表明MCT可以關(guān)斷。如果是負(fù)的，表示V_b在下降，表明不能關(guān)斷。要使MCT關(guān)斷，必須dV_b/dt>0，則可以得到式（9）

R_off＋R_u （9）

因?yàn)?i>a_u，a_l是大于零且小于1的，所以R_u是大于零，R_u非常小，如果忽略，就可以得到式（10）I_f的極大值I_fmax

I_fmax= （10）

從而得到了可關(guān)斷最大電流I_fmax與晶體管電流放大系數(shù)a_u、a_l、基極－發(fā)射極間的短路電阻為R_off之間的關(guān)系。

3.3 對(duì)MCT模型的仿真與分析

對(duì)圖3所示MCT等效仿真電路模型，利用MATLAB/Simulink仿真分析MCT最大可關(guān)斷電流與射結(jié)短路電阻和耦合晶體管電流放大系數(shù)間的關(guān)系。仿真中，晶閘管的射結(jié)短路電阻用R_off表示，NPN和PNP晶體管的共基極電流放大系數(shù)用a_u和a_l表示，最大可關(guān)斷電流用I_fmax表示。仿真電路中其他元器件模型參數(shù)依據(jù)MCT結(jié)構(gòu)參數(shù)選定。圖4，圖5，圖6中的實(shí)線為仿真結(jié)果，再把仿真有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（9）得到圖中虛線。仿真與解析曲線吻合得很好，證明了推導(dǎo)和仿真是一致的。

圖4 I_fmax與R_off的關(guān)系