MCT được áp dụng cho các trường hợp yêu cầu điện trở và độ tự cảm nhỏ với khả năng chịu được giá trị dòng điện lớn và tốc độ tăng trưởng dịng điện cao. MCT có khả năng chịu được độ tăng dịng điện lên tới 1.400kA/s và giá trị dịng đỉnh lên tới 14kA, tính quy đổi trên một đơn vị diện tích là 40kA/cm2
đối với xung dịng điện. Các MCT được chế tạo dưới dạng tích hợp từ 4-6 linh kiện trở lên.
MCT được sử dụng làm thiết bị phóng nạp điện cho máy bay, xe ôtô, tàu thuỷ, nguồn cung cấp, tivi. MCT cũng được sử dụng làm công tắc chuyển mạch mềm (soft switching) trong các mạch dao động cộng hưởng. Khả năng chịu di/dt cao và giá trị dòng lớn mở ra hướng phát triển dùng MCT chế tạo các máy cắt với ưu điểm gọn nhẹ, giá thành hạ và đáp ứng nhanh so với các máy cắt bán dẫn hiện tại. MCT tích hợp còn được sử dụng trong các hệ truyền động máy kéo trong giao thông vận tải.
1.2.11. MTO (MOS TURN OFF THYRISTOR)
a. Cấu tạo và chức năng
Linh kiện MTO Thyristor được phát triển bởi hãng SPCO (Silicon Power Coperation) trên cơ sơ công nghệ GTO và MOSFET. Chúng khắc phục các nhược điểm của GTO liên quan đến cơng suất mạch kích, mạch bảo vệ và các hạn chế của tham số du/dt. Khơng giống như IGBT tích hợp cấu trúc MOS phủ lên tồn bộ tiết diện bán dẫn, MTO đặt MOSFET trên phiến silicon.
p n+ n p n+ A K G
turn on turn off
G turn off turn off K turn on A G Q2 Q1 A K G turn off turn on
Các linh kiện có cấu trúc tương tự thyristor nhưng MTO và GTO thường được sử dụng trong các trường hợp yêu cầu công suất lớn nhờ ở khả năng hoạt động như một cơng tắc hai trạng thái lý tưởng có tổn hao thấp ở cả hai trạng thái “on” và “off”.
Cấu trúc MTO gồm bốn lớp và hai cổng điều khiển: một kích đóng và một kích ngắt. Tại hai cổng này lớp kim loại được ghép trên lớp p.
MTO được kích đóng bằng xung dịng điện trong khoảng thời gian 5-10s vào cổng turn on G1, tương tự như khi kích GTO. Xung dịng này sẽ cung cấp dòng điện vào lớp đệm của Transistor n-p-n Q1 mà dịng qua collector của nó sẽ cung cấp dịng đệm cho transitor n-p-n Q2 và q trình tái sinh diễn ra sau đó tạo thành trạng thái dẫn điện của MTO.
Để ngắt dòng điện qua MTO, cần đưa một xung điện áp khoảng 15V vào cổng “off” G2 tương tự như ngắt MCT. Xung điện áp trên sẽ làm cấu trúc mạch FET dẫn điện, làm nối tắt, mạch emitter và cổng kích transistor n-p-n Q1. Do đó làm giảm khẳ năng dẫn lớp emitter và lớp đệm của transistor Q1 và quá trình tái sinh sẽ dừng lại. So với trường hợp GTO phải sử dụng xung dòng âm rất lớn để dập tắt quá trình tái sinh của Transistor Q1, q trình ngắt dịng của MTO diễn ra nhanh hơn nhiều (1-2s so với 10-20s). MTO tắt dòng với thời gian phục hồi ngắn hơn nhiều so với GTO, do đó tổn hao tương ứng là gần như được loại bỏ và đáp ứng nhanh hơn so với GTO.
Những ưu điểm trên làm giảm giá thành chế tạo và tăng độ tin cậy khi hoạt động.
b. Khả năng chịu tải
MTO thích hợp cho các truyền động công suất lớn, điện áp cao (3kV cho đến 10kV), dòng điện lớn hơn 4000A, độ sụt áp thấp (thấp hơn nhiều so với IGBT) và cho công suất trong phạm vi từ 1 MVA đến 20MVA do khả năng điều khiển đơn giản và chịu được áp khóa lớn. MTO có thể được sử dụng trong các thiết bị điều chỉnh công suất trong hệ thống điện (FACTS Controller) làm việc trên nguyên lý PWM. Các nguồn điện dự phịng cơng suất lớn (UPS) cũng là một hướng áp dụng của MTO. Khả năng điều khiển cắt nhanh và dễ dàng của MTO làm cho nó có thể ứng dụng thuận lợi làm các thiết bị cắt dòng điện DC
và dòng điện AC.
1.2.12. ETO (EMITTER TURN OFF THYRISTOR)
Giống như MTO, ETO được phát triển trên cơ sở kết hợp các công nghệ của GTO và MOSFET. ETO được phát minh bởi trung tâm Điện tử công suất Virgina hợp tác với hãng SPCO. Ký hiệu ETO và mạch tương đương của nó được vẽ trên hình 1.40. T1 turn off K turn on n-MOSFET p-MOSFET T2 turn on A
Hình 1.40 Ký hiệu và mạch tương đương của ETO
Linh kiện MOSFET T1 mắc nối tiếp với GTO và linh kiện MOSFET T2 mắc nối tắt giữa cổng kích của GTO và linh kiện MOSFET T1. Thực tế T1 bao gồm một số n-MOSFET và T2 bao gồm một số p-MOSFET, chúng được thiết kế bao quanh GTO để giảm tối đa cảm kháng giữa các linh kiện MOSFET và cổng Cathode của GTO.
ETO có hai cổng điều khiển: một cổng của riêng GTO được sử dụng để đóng nó và cổng thứ hai là cổng kích vào cổng MOSFET nối tiếp để ngắt ETO.
Khi áp đặt một điện thế để kích ngắt ETO lên cổng P-MOSFET, n-MOSFET bị tắt và nó đẩy tồn bộ dịng điện đang dẫn qua mạch cathode (lớp emitter n của transistor n-p-n trong cấu tạo GTO) sang mạch cổng kích của ETO với sự hỗ trợ của MOSFET T2. Do đó q trình tái sinh trong linh kiện kết thúc làm linh kiện bị ngắt.
Điểm thuận lợi do cấu trúc chứa MOSFET nối tiếp mang lại là nó tạo điều kiện để chuyển dòng điện từ cathode sang mạch cổng thực hiện hoàn toàn và nhanh chóng, cho phép ngắt đồng thời tất cả các cathode trong cấu hình linh kiện. Điểm không thuận lợi là linh kiện nối tiếp này phải dẫn tồn bộ dịng điện qua Cathode của GTO vì thế làm tăng thêm độ sụt áp và tổn hao. Tuy nhiên,
các MOSFET này có điện áp thấp khi dẫn (0,3-0,5V) nên các hệ quả trên không quan trọng.
ETO về cơ bản gồm GTO có trang bị thêm linh kiện phụ dạng MOSFET, nó giúp ngắt GTO nhanh, vì vậy giảm đáng kể tổn hao mạch cổng. Với đặc điểm như vậy chi phí mạch điều khiển và mạch bảo vệ giảm đáng kể, đồng thời nâng cao khả năng công suất của GTO.
1.2.13. Khả năng làm việc của các van cơng suất
Để nhanh chóng đánh giá và nhận biết được khả năng và phạm vi làm việc các van bán dẫn cơng suất ta có thể xét tương đối thơng qua bảng các thông số van bán dẫn công suất sau: