IGBT (идеал, переключаясь)

Идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором для переключения приложений

Библиотека

Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

IGBT (Идеал, Переключаясь) блок моделирует идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для переключения приложений. Переключающаяся характеристика IGBT такова, что, если эмиттерное логическим элементом напряжение превышает заданное пороговое напряжение, _Vth, IGBT находится в на состоянии. В противном случае устройство находится в от состояния.

В на состоянии, эмиттерный коллектором путь ведет себя как линейный диод с прямым падением напряжения, _Vf, и на сопротивлении, _Ron.

В от состояния, эмиттерный коллектором путь ведет себя как линейный резистор с низким значением проводимости несостояния, _Goff.

Определение уравнения Simscape™ для блока:

     if (v>Vf)&&(G>Vth)
        i == (v - Vf*(1-Ron*Goff))/Ron;
     else
        i == v*Goff;
     end

где:

v является эмиттерным коллектором напряжением.
Vf является прямым напряжением.
G является эмиттерным логическим элементом напряжением.
Vth является пороговым напряжением.
i является эмиттерным коллектором током.
Ron является сопротивлением на состоянии.
Goff является проводимостью несостояния.

Интегральная опция защитного диода

Используя параметры Integral Diode, можно включать интегральный диод эмиттерного коллектора. Интегральный диод защищает полупроводниковое устройство путем обеспечения пути к проводимости для противоположного тока. Индуктивная нагрузка может произвести высокий скачок противоположного напряжения, когда полупроводниковое устройство внезапно выключает предоставление напряжения к загрузке.

Установите параметр Integral protection diode на основе своей цели.

Цель	Значение, чтобы выбрать	Блокируйте поведение
Приоритизируйте скорость симуляции.	`Protection diode with no dynamics`	Блок включает интегральную копию блока Diode. Чтобы параметризовать внутренний блок Diode, используйте параметры Protection.
Точно задайте динамику заряда реверсного режима.	`Protection diode with charge dynamics`	Блок включает интегральную копию динамической модели блока Diode. Чтобы параметризовать внутренний блок Diode, используйте параметры Protection.

Моделирование вариантов

Блок обеспечивает четыре варианта моделирования. Чтобы выбрать желаемый вариант, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели. Из контекстного меню выберите Simscape> Block choices, и затем один из этих вариантов:

PS Control Port — Содержит порт физического сигнала, который сопоставлен с выводом затвора. Этот вариант является значением по умолчанию.
Electrical Control Port — Содержит электрический порт сохранения, который сопоставлен с выводом затвора.
PS Control Port | Thermal Port — Содержит тепловой порт и порт физического сигнала, который сопоставлен с выводом затвора.
Electrical Control Port | Thermal Port — Содержит тепловой порт и электрический порт сохранения, который сопоставлен с выводом затвора.

Варианты этого блока без теплового порта не моделируют выделение тепла в устройстве.

Варианты с тепловым портом позволяют вам моделировать тепло, которое вырабатывают переключающиеся события и потери проводимости. Для числовой эффективности тепловое состояние не влияет на электрическое поведение блока. Тепловой порт скрыт по умолчанию. Чтобы включить тепловой порт, выберите тепловой вариант блока.

Тепловые уравнения потерь

Данные показывают идеализированное представление выходного напряжения, _Vout и текущего вывода, _Iout, полупроводникового устройства. Показанный интервал включает целый n ^th переключающийся цикл, во время которого блок выключает и затем на.

Потеря тепла из-за переключателя - на событии

Когда полупроводник включает во время n ^th переключающийся цикл, сумму тепловой энергии, что устройство рассеивает шаг дискретной суммой. Если вы выбираете Voltage, current, and temperature для параметра Thermal loss dependent on, уравнение для инкрементного изменения

$E_{o n (n)} = \frac{V_{o f f (n)}}{V_{o f f_d a t a}} f c n (T, I_{o n (n - 1)}),$

где:

_Eon(n) является переключателем - на потере в n ^th переключатель - на событии.
_Voff(n) является выходным напряжением несостояния, _Vout, непосредственно перед тем, как устройство включает во время n th переключающийся цикл.
_{Voff_data} является значением параметров Off-state voltage for losses data.
T является температурой устройства.
_Ion(n-1) является текущий вывод на состоянии, _Iout, непосредственно перед тем, как устройство выключает во время цикла, который предшествует энному циклу переключения.

Функциональный fcn является 2D интерполяционной таблицей с линейной интерполяцией и линейной экстраполяцией:

$E = t a b l e l o o k u p (T_{j_d a t a}, I_{o u t_d a t a}, E_{o n_d a t a}, T, I_{o n (n - 1)}),$

где:

_{Tj_data} является значением параметров Temperature vector, Tj.
_{Iout_data} является значением параметров Output current vector, Iout.
_{Eon_data} является значением параметров Switch-on loss, Eon=fcn(Tj,Iout).

Если вы выбираете Voltage and current для параметра Thermal loss dependent on, когда полупроводник включает во время n th переключающийся цикл, уравнение, которое использование блока, чтобы вычислить инкрементное изменение в дискретной сумме тепловой энергии, которую рассеивает устройство,

$E_{o n (n)} = (\frac{V_{o f f (n)}}{V_{o f f_d a t a}}) (\frac{I_{o n (n - 1)}}{I_{o u t_s c a l a r}}) (E_{o n_s c a l a r})$

где:

_{Iout_scalar} является значением параметров Output current, Iout.
_{Eon_scalar} является значением параметров Switch-on loss.

Потеря тепла из-за выключать события

Когда полупроводник выключает во время n th переключающийся цикл, сумму тепловой энергии, что устройство рассеивает шаг дискретной суммой. Если вы выбираете Voltage, current, and temperature для параметра Thermal loss dependent on, уравнение для инкрементного изменения

$E_{o f f (n)} = \frac{V_{o f f (n)}}{V_{o f f_d a t a}} f c n (T, I_{o n (n)}),$

где:

_Eoff(n) является выключать потерей в n th, выключают событие.
_Voff(n) является выходным напряжением несостояния, _Vout, непосредственно перед тем, как устройство включает во время n th переключающийся цикл.
_{Voff_data} является значением параметров Off-state voltage for losses data.
T является температурой устройства.
_Ion(n) является текущий вывод на состоянии, _Iout, непосредственно перед тем, как устройство выключает во время n th переключающийся цикл.

$E = t a b l e l o o k u p (T_{j_d a t a}, I_{o u t_d a t a}, E_{o f f_d a t a}, T, I_{o n (n)}),$

где:

_{Tj_data} является значением параметров Temperature vector, Tj.
_{Iout_data} является значением параметров Output current vector, Iout.
_{Eoff_data} является значением параметров Switch-off loss, Eoff=fcn(Tj,Iout).

Если вы выбираете Voltage and current для параметра Thermal loss dependent on, когда полупроводник выключает во время n th переключающийся цикл, уравнение, которое использование блока, чтобы вычислить инкрементное изменение в дискретной сумме тепловой энергии, которую рассеивает устройство,

$E_{o f f (n)} = (\frac{V_{o f f (n)}}{V_{o f f_d a t a}}) (\frac{I_{o n (n - 1)}}{I_{o u t_s c a l a r}}) (E_{o f f_s c a l a r})$

где:

_{Iout_scalar} является значением параметров Output current, Iout.
_{Eoff_scalar} является значением параметров Switch-off loss.

Потеря тепла из-за электропроводности

Если вы выбираете Voltage, current, and temperature для параметра Thermal loss dependent on, то, и для на состоянии и для от состояния, потеря тепла из-за электропроводности

$E_{c o n d u c t i o n} = \int f c n (T, I_{o u t}) d t,$

где:

_Econduction является потерей тепла из-за электропроводности.
T является температурой устройства.
_Iout является текущий вывод устройства.

Функциональный fcn является 2D интерполяционной таблицей:

$Q_{c o n d u c t i o n} = t a b l e l o o k u p (T_{j_d a t a}, I_{o u t_d a t a}, I_{o u t_d a t a_r e p m a t} . * V_{o n_d a t a}, T, I_{o u t}),$

где:

_{Tj_data} является значением параметров Temperature vector, Tj.
_{Iout_data} является значением параметров Output current vector, Iout.
_{Iout_data_repmat} является матрицей, которая содержит длину, _{Tj_data}, копии _{Iout_data}.
_{Von_data} является значением параметров On-state voltage, Von=fcn(Tj,Iout).

Если вы выбираете Voltage and current для параметра Thermal loss dependent on, то, и для на состоянии и для от состояния, потеря тепла из-за электропроводности

$E_{c o n d u c t i o n} = \int (I_{o u t} * V_{o n_s c a l a r}) d t,$

где _{Von_scalar} является значением параметров On-state voltage.

Тепловой поток

Блок использует параметр Energy dissipation time constant, чтобы отфильтровать поток количества тепла что блок выходные параметры. Фильтрация позволяет блок:

Избегайте дискретного шага для теплового потока вывод

Обработайте переменную частоту переключения

Отфильтрованный тепловой поток

$Q = \frac{1}{τ} (\sum_{i = 1}^{n} E_{o n (i)} + \sum_{i = 1}^{n} E_{o f f (i)} + E_{c o n d u c t i o n} - \int Q d t),$

где:

Q является тепловым потоком от компонента.
τ является значением параметров Energy dissipation time constant.
n является количеством переключающихся циклов.
_Eon(i) является переключателем - на потере в i th переключатель - на событии.
_Eoff(i) является выключать потерей в i th, выключают событие.
_Econduction является потерей тепла из-за электропроводности.
∫Qdt является общим теплом, ранее рассеянным от компонента.

Порты

Данные показывают имена порта блока.

G: Порт сопоставлен с выводом затвора. Можно установить порт или на физический сигнал или на электрический порт
C: Электрический порт сохранения сопоставлен с терминалом коллектора
E: Электрический порт сохранения сопоставлен с эмиттерным терминалом
H: Тепловой порт сохранения. Тепловой порт является дополнительным и является скрытым по умолчанию. Чтобы включить этот порт, выберите вариант, который включает тепловой порт.

Основной

Forward voltage, Vf: Минимальное напряжение потребовало через коллектор и эмиттерные порты блока для градиента диода, чтобы характеристика I-V была 1/_Ron, где _Ron является значением On-state resistance. Значением по умолчанию является 0.8 V.
On-state resistance: Сопротивление эмиттера коллектора, когда устройство работает. Значением по умолчанию является 0.001 Ohm.
Off-state conductance: Эмиттерная коллектором проводимость, когда устройство выключено. Значение должно быть меньше, чем 1/R, где R является значением On-state resistance. Значением по умолчанию является 1e-5 1/Ohm.
Threshold voltage, Vth: Эмиттерное логическим элементом напряжение, при котором устройство включает. Значением по умолчанию является 6 V.

Интегральный диод

Integral protection diode

Блокируйте интегральный защитный диод. Значением по умолчанию является None.

Диоды, которые можно выбрать:

Protection diode with no dynamics
Protection diode with charge dynamics

Параметры для Защитного диода без динамики

Когда вы выбираете Protection diode with no dynamics, дополнительные параметры появляются.

Дополнительные Параметры для Защитного диода без динамики

Параметры для Защитного диода с динамикой заряда

Когда вы выбираете Protection diode with charge dynamics, дополнительные параметры появляются.

Дополнительные Параметры для Защитного диода с динамикой заряда

Forward voltage

Минимальное напряжение потребовало через порты блока + и - для градиента диода, чтобы характеристика I-V была _1/Ron, где _Рон является значением On resistance. Значением по умолчанию является 0.8 V.

On resistance

Скорость изменения напряжения по сравнению с током выше Forward voltage. Значением по умолчанию является 0.001 Ohm.

Off conductance

Проводимость обратно-смещенного диода. Значением по умолчанию является 1e-5 1/Ohm.

Junction capacitance

Диодная емкость перехода. Значением по умолчанию является 50 nF.

Peak reverse current, iRM

Пиковый противоположный ток измеряется внешней схемой тестирования. Это значение должно быть меньше, чем нуль. Значением по умолчанию является -235 A.

Initial forward current when measuring iRM

Начальная буква, вперед текущая при измерении пикового противоположного тока. Это значение должно быть больше, чем нуль. Значением по умолчанию является 300 A.

Rate of change of current when measuring iRM

Скорость изменения тока при измерении пикового противоположного тока. Это значение должно быть меньше, чем нуль. Значением по умолчанию является -50 A/μs.

Reverse recovery time parameterization

Определяет, как вы задаете противоположное время восстановления в блоке. Значением по умолчанию является Specify reverse recovery time directly.

Если вы выбираете Specify stretch factor или Specify reverse recovery charge, вы задаете значение что использование блока, чтобы вывести противоположное время восстановления. Для получения дополнительной информации об этих опциях смотрите Альтернативы Определению trr Непосредственно.

Reverse recovery time, trr

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит к нулю (когда диод выключает), и время, когда текущие падения меньше чем к 10% пикового противоположного тока. Значением по умолчанию является 15 μs.

Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Reverse recovery time parameterization на Specify reverse recovery time directly.

Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше, чем значение параметра Peak reverse current, iRM, разделенного на значение параметра Rate of change of current when measuring iRM.

Reverse recovery time stretch factor

Значение, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Это значение должно быть больше, чем 1. Значением по умолчанию является 3.

Этот параметр видим, только если вы устанавливаете Reverse recovery time parameterization на Specify stretch factor.

Определение фактора фрагмента является более легким способом параметризовать противоположное время восстановления, чем определение противоположного обратного заряда. Чем больше значение фактора фрагмента, тем дольше это берет для противоположного восстановления, текущего, чтобы рассеяться.

Reverse recovery charge, Qrr

Значение, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Используйте этот параметр, если таблица данных для вашего диодного устройства задает значение для противоположного обратного заряда вместо значения в течение противоположного времени восстановления.

Противоположный обратный заряд является общим зарядом, который продолжает рассеиваться, когда диод выключает. Значение должно быть меньше, чем $- \frac{i^{2}_{R M}}{2 a},$

где:

_iRM является значением, заданным для Peak reverse current, iRM.
a является значением, заданным для Rate of change of current when measuring iRM.

Значением по умолчанию является 1500 μAs.

Параметр видим, только если вы устанавливаете Reverse recovery time parameterization на Specify reverse recovery charge.

Для получения дополнительной информации об этих параметрах смотрите Диод.

Тепловая модель

Вкладка Thermal Model включена только, когда вы выбираете вариант блока, который включает тепловой порт.

Thermal loss dependent on

Выберите метод параметризации. Опция, которую вы выбираете, определяет, который включены другие параметры. Опции:

Voltage and current — скалярные значения Использования, чтобы задать текущий вывод, переключатель - на потере, выключают потерю и данные о напряжении на состоянии.
Voltage, current, and temperature — векторы Использования, чтобы задать текущий вывод, переключатель - на потере, выключают потерю, напряжение на состоянии и температурные данные. Это - метод параметризации по умолчанию.

Off-state voltage for losses data

Выходное напряжение устройства во время от состояния. Это - запирающее напряжение, в котором переключатель - на потере и выключают данные потерь, заданы. Значением по умолчанию является 300 V.

Energy dissipation time constant

Временная константа раньше составляла в среднем переключатель - на потерях, выключала потери и потери проводимости. Это значение равно периоду минимальной частоты переключения. Значением по умолчанию является 1e-4 s.

Дополнительные параметры для параметризации напряжением, текущим, и температура

Temperature vector, Tj: Температурные значения, в который переключатель - на потере, выключите потерю, и напряжение на состоянии задано. Задайте этот параметр с помощью векторного количества. Значением по умолчанию является [ 298.15 398.15 ] K.
Output current vector, Iout: Выведите токи, для которых переключатель - на потере, потеря "выключает", и напряжение на состоянии заданы. Первый элемент должен быть нулем. Задайте этот параметр с помощью векторного количества. Значением по умолчанию является [ 0 10 50 100 200 400 600 ] A.
Switch-on loss, Eon=fcn(Tj,Iout): Энергия, рассеянная во время одного переключателя на событии. Этот параметр задан как функция температуры, и финал на состоянии вывел текущий. Задайте этот параметр с помощью векторного количества. Значением по умолчанию является [ 0 2.9e-4 0.00143 0.00286 0.00571 0.01314 0.02286; 0 5.7e-4 0.00263 0.00514 0.01029 0.02057 0.03029 ] J.
Switch-off loss, Eoff=fcn(Tj,Iout): Энергия, рассеянная во время сингла, выключает событие. Этот параметр задан как функция температуры, и финал на состоянии вывел текущий. Задайте этот параметр с помощью векторного количества. Значением по умолчанию является [ 0 2.1e-4 0.00107 0.00214 0.00429 0.009859999999999999 0.01714; 0 4.3e-4 0.00197 0.00386 0.00771 0.01543 0.02271 ] J.
On-state voltage, Von=fcn(Tj,Iout): Падение напряжения через устройство, в то время как это находится в инициированном проводящем состоянии.. Этот параметр задан как функция температуры, и финал на состоянии вывел текущий. Задайте этот параметр с помощью векторного количества. Значением по умолчанию является [ 0 1.1 1.3 1.45 1.75 2.25 2.7; 0 1 1.15 1.35 1.7 2.35 3 ] V.

Дополнительные параметры для параметризации напряжением и текущий

Документация

IGBT (идеал, переключаясь)

Библиотека