Feldeffekt-gesteuerte Thyristoren: MOS-Gated und MOS-Controlled Devices

Jüngste Fortschritte in der Thyristor-Technologie zielen darauf ab, den Gate-Auslösestrom konventioneller Silicon-Controlled Rectifiers (SCRs) zu senken. Zwei bemerkenswerte Innovationen sind der MOS-Gated Thyristor (MGT) und der MOS-Controlled Thyristor (MCT).

MOS-Gated Thyristor (MGT)

Der MGT integriert einen N-Kanal-MOSFET am Gate eines Standard-SCR. Der vernachlässigbare Gate-Antriebsstrom des MOSFET (<10 µA) sättigt den oberen (PNP) Transistor und initiiert damit die Leitung. Das Gesamtbauelement benötigt daher nur wenige Milliampere zum Auslösen, eine signifikante Verbesserung gegenüber den typischen 10–30 mA Gate-Strom eines bloßen SCR.

MOS-Gated Thyristor Ersatzschaltbild

Da der MOSFET gate-gesteuert ist, kann der MGT nicht durch einen Rückwärts-Auslöseimpuls abgeschaltet werden. Das Bauelement hört nur auf zu leiten, wenn der Gate-Antrieb unter den Haltestrom fällt. Folglich bietet es im Vergleich zu konventionellen SCRs begrenzte Ausschaltsteuerung.

MOS-Controlled Thyristor (MCT)

Der MCT ist ein voll steuerbarer Thyristor, der ein Paar MOSFETs mit gemeinsamem Gate-Anschluss einsetzt. Ein MOSFET löst das Bauelement aus, der andere zwingt es zum Ausschalten.

MOS-Controlled Thyristor (MCT) Ersatzschaltbild

Eine positive Gate-Spannung (relativ zur Kathode) schaltet den oberen N-Kanal-MOSFET ein, lässt Basisstrom durch den oberen PNP-Transistor fließen und verriegelt das Paar im Ein-Zustand. Das Bauelement bleibt verriegelt, solange der Anode-Kathode-Strom über dem Haltestrom bleibt. Wird eine negative Gate-Spannung (relativ zur Anode) angelegt, leitet der untere MOSFET, kurzschließt die Basis-Emitter-Strecke des unteren NPN-Transistors und zwingt ihn in Sperrung. Diese Aktion zieht den oberen Transistor aus der Leitung und schaltet den gesamten MCT aus. Bei null Gate-Spannung leitet keiner der MOSFETs, und der MCT behält seinen letzten Zustand – ein oder aus – bei und zeigt Hysterese.

Der MCT kann somit als verriegelnder IGBT betrachtet werden, der vollständige Ein/Aus-Steuerung über das Gate bietet.

• Ein MOS-Gated Thyristor nutzt einen einzelnen N-Kanal-MOSFET, um einen Thyristor auszulösen, und liefert extrem niedrige Gate-Stromanforderungen.
• Ein MOS-Controlled Thyristor (MCT) integriert zwei MOSFETs, erlaubt eine positive Gate-Spannung zum Einschalten und eine negative Spannung zum erzwungenen Ausschalten; null Spannung bewahrt den vorherigen Zustand.