IGBT (Ideal, Switching)

Идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором для переключения приложений

Библиотека:
Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters / Полупроводники

Описание

Блок IGBT (Ideal, Switching) 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. Этим вариантом является значение 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 симулируют выделение тепла в устройстве.

Варианты с тепловым портом позволяют вам моделировать тепло, которое вырабатывают переключающиеся события и потери проводимости. Для вычислительной 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

Рисунок показывает идеализированное представление выходного напряжения, _Vout и текущего выхода, _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 выход на состоянии, _Iout, непосредственно перед тем, как устройство выключает во время цикла, который предшествует энному циклу переключения.

Функциональный fcn является двумерной 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 выход 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, затем, 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 выход устройства.

Функциональный fcn является двумерной 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, затем, 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 выход

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

Рисунок показывает имена порта блока.

Сохранение

развернуть все

`G` — Вывод затвора
электрический

Порт сопоставлен с выводом затвора. Можно установить порт или на физический сигнал или на электрический порт

`C` — Терминал коллектора
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с терминалом коллектора

`E` — Эмиттерный терминал
электрический

Электрический порт сохранения сопоставлен с эмиттерным терминалом

`H` — Тепловой порт
тепловой

Тепловой порт сохранения. Тепловой порт является дополнительным и является скрытым по умолчанию. Чтобы включить этот порт, выберите вариант, который включает тепловой порт.

Параметры

развернуть все

Основной

`Forward voltage, Vf` — Передайте напряжение
0.8 `V` (значение по умолчанию)

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.

`On-state resistance` — Сопротивление эмиттера коллектора на состоянии
0.001 `Ohm` (значение по умолчанию)

Сопротивление эмиттера коллектора, когда устройство работает.

`Off-state conductance` — Эмиттерная коллектором проводимость несостояния
`1e-5` `1/Ohm` (значение по умолчанию)

Эмиттерная коллектором проводимость, когда устройство выключено. Значение должно быть меньше 1/R, где R является значением On-state resistance.

`Threshold voltage, Vth` — Пороговое напряжение
6 `V` (значение по умолчанию)

Эмиттерное логическим элементом напряжение, при котором устройство включает.

Интегральный диод

`Integral protection diode` — Интегральный защитный диод
`None` (значение по умолчанию) | `Protection diode with no dynamics` | `Protection diode with charge dynamics`

Блокируйте интегральный защитный диод.

Диоды, которые можно выбрать:

None
Protection diode with no dynamics
Protection diode with charge dynamics

`Forward voltage` — Передайте напряжение
0.8 `V` (значение по умолчанию)

Минимальное напряжение требуется через + и - блокируйте порты для градиента диода характеристика I-V, чтобы быть _1/Ron, где _Рон является значением On resistance.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.

`On resistance` — На сопротивлении
0.001 `Ohm` (значение по умолчанию)

Скорость изменения напряжения по сравнению с током выше Forward voltage.

Зависимости

`Off conductance` — От проводимости
`1e-5` `1/Ohm` (значение по умолчанию)

Проводимость обратно-смещенного диода.

Зависимости

`Junction capacitance` — Емкость перехода
`50e-9` `F` (значение по умолчанию)

Диодная емкость перехода.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with charge dynamics.

`Peak reverse current, iRM` — Пиковый противоположный ток
-235 `A` (значение по умолчанию) | отрицательный скаляр

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

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with charge dynamics.

`Initial forward current when measuring iRM` — Начальная буква, вперед текущая при измерении iRM
300 `A` (значение по умолчанию) | положительная скалярная величина

Начальная буква, вперед текущая при измерении пикового противоположного тока. Это значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with charge dynamics.

`Rate of change of current when measuring iRM` — Скорость изменения тока при измерении iRM
-50 `A/μs` (значение по умолчанию) | отрицательный скаляр

Скорость изменения тока при измерении пикового противоположного тока. Это значение должно быть меньше нуля.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with charge dynamics.

`Reverse recovery time parameterization` — Противоположная параметризация времени восстановления
`Specify reverse recovery time directly` (значение по умолчанию) | `Specify stretch factor` | `Specify reverse recovery charge`

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, Как Блок Вычисляет TM и Tau.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with charge dynamics.

`Reverse recovery time, trr` — Противоположное время восстановления
15 `μs` (значение по умолчанию)

Интервал между временем, когда ток первоначально переходит к нулю (когда диод выключает), и время, когда текущие падения меньше чем к 10% пикового противоположного тока. Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше значения параметра Peak reverse current, iRM, разделенного на значение параметра Rate of change of current when measuring iRM.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with charge dynamics и параметр Reverse recovery time parameterization устанавливается на Specify reverse recovery time directly.

`Reverse recovery time stretch factor` — Противоположное время восстановления расширяет фактор
3 (значение по умолчанию)

Значение, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Это значение должно быть больше 1. 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.

Зависимости

`Reverse recovery charge, Qrr` — Противоположный обратный заряд
1500 `μAs` (значение по умолчанию)

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 $- \frac{i^{2}_{R M}}{2 a},$

где:

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

Зависимости

Тепловая модель

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

`Thermal loss dependent on` — Тепловая потеря, зависящая от
`Voltage, current, and temperature` (значение по умолчанию) | `Voltage and current`

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

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

`Off-state voltage for losses data` — Напряжение несостояния для данных потерь
300 `V` (значение по умолчанию)

Выходное напряжение устройства во время от состояния. Это - запирающее напряжение, в котором переключатель - на потере и выключают данные потерь, заданы.

`Energy dissipation time constant` — Постоянная времени
`1e-4` `s` (значение по умолчанию)

Постоянная времени раньше составляла в среднем переключатель - на потерях, выключала потери и потери проводимости. Это значение равно периоду минимальной частоты переключения.

`Temperature vector, Tj` — Температурный вектор
[298.15, 398.15] `K` (значение по умолчанию)

Температурные значения, в который переключатель - на потере, выключите потерю, и напряжение на состоянии задано. Задайте этот параметр с помощью векторного количества.