Feldeffektgesteuerte Thyristoren

Zwei relativ neue Technologien, die entwickelt wurden, um die "Treiber"-Anforderungen (Gate-Triggerstrom) klassischer Thyristorbauelemente zu reduzieren, sind der MOS-gegatete Thyristor und der MOS-gesteuerte Thyristor oder MCT.

MOS-gesteuerter Thyristor

Der Thyristor mit MOS-Gate verwendet einen MOSFET, um die Leitung durch den oberen (PNP) Transistor einer Standard-Thyristorstruktur zu initiieren, wodurch das Bauelement ausgelöst wird. Da ein MOSFET zum „Antreiben“ einen vernachlässigbaren Strom benötigt (da er in die Sättigung geht), lässt sich der Thyristor dadurch als Ganzes sehr leicht auslösen:(Abbildung unten)

MOS-Gate-Thyristor-Ersatzschaltung

Angesichts der Tatsache, dass gewöhnliche SCRs recht einfach zu „ansteuern“ sind, ist der praktische Vorteil der Verwendung eines noch empfindlicheren Bauelements (ein MOSFET) zum Auslösen der Triggerung umstritten. Auch das Platzieren eines MOSFET am Gate-Eingang des Thyristors macht es jetzt unmöglich um es durch ein rückwärts auslösendes Signal auszuschalten. Nur ein geringer Stromausfall kann dazu führen, dass dieses Gerät nicht mehr leitet, nachdem es verriegelt wurde.

MOS-gesteuerter Thyristor

Ein Gerät von wohl größerem Wert wäre ein vollständig steuerbarer Thyristor, wobei ein kleines Gate-Signal den Thyristor sowohl auslösen als auch zum Ausschalten zwingen könnte. Es gibt ein solches Gerät, und es heißt MOS-gesteuerter Thyristor , oder MCT . Es verwendet ein Paar MOSFETs, die mit einem gemeinsamen Gate-Anschluss verbunden sind, einer zum Triggern des Thyristors und der andere zum „Untriggern“.

MOS-gesteuerter Thyristor (MCT)-Ersatzschaltung

Eine positive Gatespannung (in Bezug auf die Kathode) schaltet den oberen (N-Kanal) MOSFET ein und lässt Basisstrom durch den oberen (PNP) Transistor, der das Transistorpaar in einem „Ein“-Zustand verriegelt. Sobald beide Transistoren vollständig verriegelt sind, fällt zwischen Anode und Kathode nur wenig Spannung ab, und der Thyristor bleibt verriegelt, solange der gesteuerte Strom den minimalen (Halte-)Stromwert überschreitet. Wenn jedoch eine negative Gate-Spannung angelegt wird (in Bezug auf die Anode, die im verriegelten Zustand fast die gleiche Spannung wie die Kathode hat), schaltet der untere MOSFET ein und „kurzt“ zwischen der Basis des unteren (NPN) Transistors und Emitteranschlüsse, wodurch es in die Abschaltung gezwungen wird. Sobald der NPN-Transistor sperrt, wird der PNP-Transistor nicht mehr leitend und der gesamte Thyristor schaltet ab. Die Gatespannung hat die volle Kontrolle über die Leitung durch das MCT:zum Ein- und Ausschalten.

Dieses Gerät ist jedoch immer noch ein Thyristor. Wenn zwischen Gate und Kathode Nullspannung angelegt wird, schaltet keiner der MOSFETs ein. Folglich bleibt das Bipolartransistorpaar in dem Zustand, in dem es zuletzt war (Hysterese). Ein kurzer positiver Impuls an das Gate schaltet den MCT ein, ein kurzer negativer Impuls zwingt ihn zum Ausschalten und keine angelegte Gatespannung lässt ihn in dem Zustand verbleiben, in dem er sich bereits befindet. Im Wesentlichen ist der MCT eine selbsthaltende Version des IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate).

RÜCKBLICK:

• Ein MOS-gesteuerter Thyristor verwendet einen N-Kanal-MOSFET zum Triggern eines Thyristors, was zu einem extrem niedrigen Gate-Strombedarf führt.
• Ein MOS-gesteuerter Thyristor , oder MCT , verwendet zwei MOSFETS, um die volle Kontrolle über den Thyristor auszuüben. Eine positive Gatespannung triggert das Gerät; eine negative Gatespannung zwingt ihn zum Ausschalten. Die Gate-Spannung von Null ermöglicht es dem Thyristor, in dem Zustand zu bleiben, in dem er sich zuvor befand (aus oder eingeschaltet).