Тиристор

Тиристор с помощью NPN и транзисторов PnP

Библиотека

Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

Описание

Блок Thyristor обеспечивает два способа смоделировать тиристор:

  • Как эквивалентная схема на основе NPN и биполярные транзисторы PnP

  • Приближением интерполяционной таблицы к I-V на состоянии (текущее напряжение) кривая

Представление эквивалентной схемой

Эквивалентная схема содержит пару NPN и биполярных транзисторов PnP, как показано на следующем рисунке.

P N P N структура тиристора является соответствующим PnP и структурами N-P-N биполярных транзисторов, основой каждого устройства, соединенного к коллектору другого устройства. Гарантирование, что эта схема ведет себя как тиристор, в основном, выбирает подходящие значения параметров NPN и устройств PnP плюс внешние резисторы. Например, для схемы, чтобы фиксироваться в на состоянии, когда-то инициированный подходящим током затвора, общий доход этих двух транзисторов должен быть больше, чем один. Эта образцовая структура реплицирует поведение тиристора в схемах типового приложения, одновременно представляя минимальное количество уравнений к решателю, чтобы улучшить скорость симуляции.

Примечание

Чрезвычайно важно, чтобы вы параметризовали тиристорный компонент правильно перед использованием его в вашей модели. Чтобы помочь вам сделать это, существует две тестовых обвязки в примерах Simscape™ Electrical™, Тиристорной Статической Валидации Поведения и Тиристорной Динамической Валидации Поведения. Следуйте тексту справки для этих двух примеров, плюс таблица данных для вашего устройства, чтобы повторно параметризовать тиристорный компонент так, чтобы это реплицировало необходимое поведение. Можно затем скопировать параметризованный компонент в модель. Всего хорошего, чтобы смоделировать схему диска логического элемента правильно, включая серийное сопротивление схемы. Соединение управляемого источника напряжения непосредственно к тиристорному логическому элементу дает нефизические результаты, потому что это фиксирует логический элемент к напряжению катода, когда спрос на логический элемент является нулем.

Модель получает следующие тиристорные поведения:

  • Токи несостояния, IDRM и IRRM. Они обычно заключаются в кавычки для максимальных напряжений несостояния VDRM и VRRM. Это принято, как имеет место для большинства тиристоров, что IDRM = IRRM и VDRM = VRRM.

  • Триггерное напряжение логического элемента равно значению параметров Gate trigger voltage, v_GT, когда ток затвора равен значению параметров Gate trigger current, i_GT.

  • Тиристор фиксируется на том, когда ток затвора равен Gate trigger current, i_GT. Тиристор не фиксируется на том, пока ток затвора не достигает этого значения. Чтобы гарантировать дело обстоит так, необходимо установить параметр Internal shunt resistor, Rs правильно. Если сопротивление слишком высоко, то логический элемент инициировал, прежде чем ток затвора достигает iGT. Если сопротивление является слишком маленьким, то логический элемент не инициировал.

    Можно определить значение внутреннего RS резистора шунта путем выполнения симуляции. Чтобы видеть, как это может быть сделано, обратитесь к Тиристорному Статическому примеру Валидации Поведения. Также, если вы используете тиристор в схеме, где существует внешний резистор RGK, соединенный от логического элемента до катода, затем эффект RS является обычно очень небольшим, и это может быть установлено в inf.

  • С тиристором в на состоянии, если ток затвора удален, тиристор остается в на состоянии, при условии, что текущая загрузка выше, чем текущая фиксация. Вы не задаете фиксацию, текущую непосредственно, потому что ее значение, в основном, определяется другими параметрами блоков.

    Однако текущая фиксация может быть под влиянием параметра Product of NPN and PNP forward current gains на вкладке Advanced. Сокращение усиления увеличивает текущую фиксацию.

  • Напряжение на состоянии равно значению параметров On-state voltage, V_T, когда текущая загрузка равна значению параметров On-state current, I_T. Это обеспечено значением сопротивления R_on, которое учитывает падение напряжения, замеченное через устройства NPN и PnP.

  • Инициирование уровнем повышения напряжения несостояния. Быстрое изменение в напряжении анодного катода вызывает ток в условиях основной емкости коллектора. Если этот ток является достаточно большим, он инициировал тиристор в на состоянии. Тиристорная стандартная программа инициализации вычисляет подходящее значение для основной емкости коллектора, так, чтобы, когда скорость изменения напряжения равна значению параметров Critical rate of rise of off-state voltage, dV/dt, тиристор включил. Это вычисление основано на приближении, что необходимым током является vGT / RGK, где RGK является значением сопротивления катода логического элемента, используемым при заключении в кавычки критического значения dV/dt.

  • Ненулевое управляемое логическим элементом время включения. Это, в основном, под влиянием NPN transistor forward transit time, TF. Вы или задаете этот параметр непосредственно или вычисляете приближенное значение для TF со времени включения.

  • Ненулевое коммутируемое время выключения. Это, в основном, под влиянием PNP transistor forward transit time, TF. Можно или задать этот параметр непосредственно или установить его быть равным прямому времени транспортировки для транзистора NPN.

Резисторы Gmin1 и Gmin2 улучшают числовую робастность при больших прямых и противоположных напряжениях. Их значения влияют на токи несостояния на не больше, чем 1% при максимальных прямых и противоположных напряжениях несостояния.

Примечание

Поскольку эта реализация блока включает модель заряда, необходимо смоделировать импеданс схемы, управляющей логическим элементом, чтобы получить представительный поворот - на и выключить динамику. Поэтому, если вы упрощаете управляющую схему логического элемента путем представления его как управляемого источника напряжения, необходимо включать подходящий последовательный резистор между источником напряжения и логическим элементом.

Представление интерполяционной таблицей

При использовании представления интерполяционной таблицы вы обеспечиваете сведенные в таблицу значения для анодного катодного тока как функция напряжения анодного катода когда в на состоянии. Основными преимуществами использования этой опции является скорость симуляции и простота параметризации. Чтобы далее упростить базовую модель, это представление не моделирует:

  • Устройство, инициировавшее из-за уровня повышения напряжения несостояния

  • Коммутируемое время выключения

Задержка при включении представлена входным конденсатором катода логического элемента, значение которого вычисляется так, чтобы задержка между повышением напряжения затвора и устройством, начинающим включать, была равна значению, заданному параметром Turn-on delay time. Поворот - на времени нарастания для текущей загрузки реализован путем сползания нелинейно между нулем и током, определенным профилем текущего напряжения на состоянии по периоду времени, заданному значением параметра Turn-on rise time. Обратите внимание на то, что получившийся поворот - на текущем профиле является приближением к существующему устройству.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы представить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и представляет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы моделировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Предположения и ограничения

  • Этот блок не моделирует температурно-зависимые эффекты. Simscape Electrical Electronics и Механотроника моделируют блок при температуре, при которой поведение компонента было измерено, как задано значением параметров Measurement temperature. Все параметры должны быть заключены в кавычки для этой температуры.

  • Если вы используете представление эквивалентной схемы:

    • В чувствительных вентильных схемах (то есть, где нет никакого внешнего резистора катода логического элемента RGK), необходимо установить значение параметра Internal shunt resistor, Rs, чтобы гарантировать правильное инициирование. Если внутреннее сопротивление шунта слишком высоко, то тиристорные триггеры для токов меньше, чем iGT. Если внутреннее сопротивление шунта является слишком низким, тиристор не инициировал для входа, текущего из iGT. Для получения дополнительной информации при использовании симуляции, чтобы определить приемлемое внутреннее значение сопротивления шунта, смотрите Тиристорный Статический пример Валидации Поведения.

    • Инициирование путем превышения напряжения переключения не моделируется.

    • Численно тиристор может быть требовательным, чтобы моделировать, учитывая очень небольшие токи затвора по сравнению с текущей загрузкой, и также очень крутые текущие градиенты во время переключения. Однако для большинства типичных основанных на тиристоре схем, можно использовать параметры симуляции по умолчанию. В некоторых случаях вы, возможно, должны сжать Absolute Tolerance и параметры Relative Tolerance на вкладке Solver диалогового окна Configuration Parameters, гарантировать сходимость. В таких случаях, изменяя значение по умолчанию Absolute Tolerance от auto до 1e-4 или 1e-5 обычно достаточно, потому что это предотвращает адаптивное изменение этого параметра во время симуляции.

    • Токи утечки аппроксимированы диодами D1 и D2, как показано в эквивалентной схеме. Этот подход принимает, что утечка через эти два транзистора является маленькой в сравнении. Это предположение не допустимо для значений vGT, которые значительно меньше, чем типичное прямое падение напряжения 0,6 В.

  • Если вы используете представление интерполяционной таблицы:

    • Инициирование путем превышения напряжения переключения или скоростью изменения напряжения несостояния не моделируется.

    • Коммутируемое время выключения не моделируется. Проверяйте, что ваша схема не нарушает установленное коммутируемое время выключения для тиристора.

    • Когда вы задаете поворот - на времени нарастания, получившийся профиль текущего времени является приближением.

Порты

G

Электрический порт сохранения сопоставлен с логическим элементом

A

Электрический порт сохранения сопоставлен с анодом

K

Электрический порт сохранения сопоставлен с катодом

Параметры

Основной

I-V characteristics defined by

Выберите тиристорное представление:

  • Fundamental nonlinear equations — Используйте эквивалентную схему на основе биполярные транзисторы PnP и NPN. Это значение по умолчанию.

  • Lookup table — Используйте приближение интерполяционной таблицы для кривой I-V на состоянии.

On-state voltage, V_T

Статическое падение напряжения анодного катода, когда в на состоянии, и текущее течение равно текущему IT на состоянии. Значением по умолчанию является 1.2 V. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

On-state current, I_T

Статическая загрузка (или эквивалентно анодный) текущий, который течет, когда напряжение анодного катода равно напряжению на состоянии VT. Значением по умолчанию является 1 A. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Vector of on-state voltages, V_T

Вектор напряжений на состоянии, чтобы использоваться для поиска по таблице. Векторные значения должны строго увеличиваться, и первое значение должно быть больше, чем нуль. Значения могут быть неоднородно расположены с интервалами. Значениями по умолчанию, в V, является [0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25]. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Vector of corresponding currents, I_T

Вектор токов, соответствующих значениям вектора напряжений на состоянии, чтобы использоваться для 1D поиск по таблице. Эти два вектора должны быть одного размера. Значениями по умолчанию, в A, является [0.015 0.22 0.75 1.4 2 2.75 3.45]. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Off-state current, I_DRM

IDRM анодного тока несостояния, который течет, когда напряжение анодного катода равно напряжению несостояния VDRM. Значение по умолчанию является мА 0.01.

Corresponding off-state voltage, V_DRM

Соответствующее напряжение несостояния, VDRM. Напряжение анодного катода VDRM, примененный с тиристором в несостояния при заключении в кавычки текущего IDRM несостояния. Значением по умолчанию является 400 V.

Holding current

Минимальный ток, в котором тиристор остается дома от состояния, когда напряжение затвора не управляет на состоянии. Значение по умолчанию является мА 1. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Measurement temperature

Температура симуляции устройства. Необходимо задать все значения параметров блоков для этой температуры. Значением по умолчанию является 25 °C. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Пропустите инициирование

Gate trigger current, I_GT

Критический ток затвора iGT, требуемый включать транзистор, приводящий к напряжению затвора, равняется триггерному напряжению логического элемента vGT. Необходимо установить значение параметра Internal shunt resistor, Rs на вкладке Advanced, чтобы гарантировать, что логический элемент инициировал в iGT, а не для токов меньше тот iGT. Значением по умолчанию является 3 μA.

Corresponding gate voltage, V_GT

Напряжение катода логического элемента vGT, когда ток затвора равен логическому элементу, инициировало текущий iGT. Значением по умолчанию является 0.6 V.

Test voltage, V_D

Предоставьте напряжение, используемое при заключении в кавычки значений для vGT и iGT. Значением по умолчанию является 12 V. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Test load resistor

Нагрузочный резистор, используемый при заключении в кавычки значений для vGT и iGT. Значение по умолчанию является Омом 120. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Инициирование dV/dt

Critical rate of rise of off-state voltage, dV/dt

Уровень, на котором напряжение анодного катода несостояния должно быть увеличено для тиристора, чтобы включить. Значением по умолчанию является 150 V/μs. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Test gate-cathode resistor, R_GK

Резистор катода логического элемента, используемый при заключении в кавычки критического уровня повышения от напряжения несостояния. Значением по умолчанию является 1 K Ω. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Временные константы

NPN device forward transit time parameterization

Выберите одну из следующих опций:

  • Derive approximate value from gate-controlled turn-on time — Блок вычисляет устройство NPN прямое время транспортировки на основе значений на управляемое логическим элементом время включения и соответствующий ток затвора, который вы задаете.

  • Specify directly — Обеспечьте значение непосредственно при помощи параметра NPN device forward transit time.

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Gate-controlled turn-on time

Время для логического элемента, чтобы повернуться от прочь к на состоянии, когда ток затвора применяется. Значением по умолчанию является 2 μs. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Derive approximate value from gate-controlled turn-on time для NPN device forward transit time parameterization.

Corresponding gate current

Ток затвора, используемый при заключении в кавычки управляемого логическим элементом времени включения. Ток затвора и время включения используется, чтобы вычислить приближенное значение для транзистора NPN прямое время транспортировки при условии, что весь входной заряд используется, чтобы повысить напряжение затвора до триггерного напряжения логического элемента vGT. Значение по умолчанию является мА 10. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Derive approximate value from gate-controlled turn-on time для NPN device forward transit time parameterization.

NPN device forward transit time

Представляет среднее время для поставщиков услуг меньшинства, чтобы пересечь основную область с эмиттера на коллектор устройства NPN [1]. Значением по умолчанию является 0.3 μs. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Specify directly для NPN device forward transit time parameterization.

PNP device forward transit time parameterization

Выберите одну из следующих опций:

  • Set equal to NPN device forward transit time — Блок использует устройство NPN прямое значение времени транспортировки.

  • Specify directly — Обеспечьте значение непосредственно при помощи параметра PNP device forward transit time.

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

PNP device forward transit time

Представляет среднее время для поставщиков услуг меньшинства, чтобы пересечь основную область с эмиттера на коллектор устройства PnP [1]. Значением по умолчанию является 0.3 μs. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Specify directly для PNP device forward transit time parameterization.

Turn-on delay time

Задержка перед устройством начинает включать после шага в токе на логическом элементе от нуля до значения, заданного параметром Gate current for turn-on delay time. Значением по умолчанию является 0 s. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Gate current for turn-on delay time

Ток затвора, используемый при измерении времени задержки при включении. Значение по умолчанию является мА 1. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Turn-on rise time

Время это берет для тиристора, чтобы включить полностью после события задержки при включении. Значением по умолчанию является 0 s. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Усовершенствованный

Internal shunt resistor, Rs

Представляет сопротивление шунта катода логического элемента. Важно установить это значение параметров гарантировать, что логический элемент инициировал в iGT, а не для токов меньше тот iGT. Для получения дополнительной информации смотрите Тиристорный Статический пример Валидации Поведения. Если вы используете тиристор в схеме, где существует внешний резистор катода логического элемента RGK, то обычно эффект RS является небольшим, и это может быть установлено в inf. Значением по умолчанию является 87 k Ω. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Internal series gate resistor, Rg

Представляет сопротивление, сопоставленное со связью логического элемента. Типичное значение имеет порядок нескольких Ом, и его влияние на статические и динамические характеристики является маленьким. Поэтому его точное значение не важно, но его присутствие помогает избежать числовых проблем симуляции, если логический элемент управляется непосредственно источником напряжения. Можно задать любое положительное значение. Значение по умолчанию является Омом 10.

Product of NPN and PNP forward current gains

Это - продукт NPN, вперед получают BFNPN, и PnP вперед получают BFPNP. Значение должно быть больше, чем одно для фиксации произойти. Чем меньший значение, тем больше текущая фиксация становится. Однако текущая фиксация, в основном, установлена другими параметрами блоков, и общий доход имеет только небольшой эффект. Значением по умолчанию является 10. Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Ссылки

[1] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск, McGraw-Hill, 1993.

Примеры

Смотрите Тиристорную Статическую Валидацию Поведения и Тиристорные Динамические примеры Валидации Поведения.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью MATLAB® Coder™.

Смотрите также

| |

Документация Simscape Electrical
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте