IGBT (Ideal, Switching)
Идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором для переключения приложений
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. Этот рисунок показывает типичный i-v characteristic:
Чтобы задать характеристику I-V IGBT, установите параметр On-state behaviour and switching losses на любой Specify constant values или Tabulate with temperature and current. Tabulate with temperature and current опция доступна, только если вы осушаете тепловой порт блока.
В на состоянии, эмиттерный коллектором путь ведет себя как линейный диод с прямым падением напряжения, Vf, и на сопротивлении, Ron. Однако, если вы осушаете тепловой порт блока и параметрируете сведенные в таблицу данные использования устройства I-V, сведенное в таблицу сопротивление является функцией температуры и текущий.
В от состояния, эмиттерный коллектором путь ведет себя как линейный резистор с низким значением проводимости несостояния, Goff.
Уравнения Simscape™ определения 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 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 параметрировать 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 параметрировать 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 > , и затем один из этих вариантов:
— Содержит порт физического сигнала, который сопоставлен с выводом затвора. Этим вариантом является значение по умолчанию.
— Содержит электрический порт сохранения, который сопоставлен с выводом затвора.
— Содержит тепловой порт и порт физического сигнала, который сопоставлен с выводом затвора.
— 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. Тепловой порт скрыт по умолчанию. Чтобы включить тепловой порт, выберите тепловой вариант блока.
Тепловые потери
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.
Переключающиеся потери являются одним из основных источников тепловой потери в полупроводниках. Во время каждого релейного перехода переключения IGBT parasitics хранят и затем рассеивают энергию.
Переключающиеся потери зависят от напряжения несостояния и тока на состоянии. Когда переключающееся устройство включено, потери мощности зависят от начального напряжения несостояния через устройство и финал, на состоянии текущий, если устройство находится полностью в на состоянии. Точно так же, когда переключающееся устройство выключено, потери мощности зависят от начальной буквы, на состоянии текущей через устройство и итоговое напряжение несостояния, если устройство находится полностью в от состояния.
В этом блоке переключающиеся потери применяются к присоединенной тепловой сети с помощью постоянной времени первого порядка, приводя к сглаженному изменению в температуре количества тепла соединения. Switch-on loss, Eon(Tj,Ice) и значения параметров Switch-on loss, Eoff(Tj,Ice) устанавливают размеры переключающихся потерь, и они или фиксируются или зависят от температуры перехода и текущего источника дренажа. В обоих случаях потери масштабируются напряжением несостояния до последнего поворота устройства - на событии.
Примечание
Как итоговый ток после того, как переключающееся событие не известно во время симуляции, блок записывает ток на состоянии в точке, что устройством управляют прочь. Точно так же блок записывает напряжение несостояния в точке, что на устройстве управляют. Поэтому simlog не сообщает о переключающихся потерях для тепловой сети до одного цикла переключения позже.
Для всех идеальных устройств переключения о переключающихся потерях сообщают как lastTurnOffLoss и lastTurnOnLoss и построенный как импульс с амплитудой равняются энергетической потере. Если вы используете скрипт, чтобы суммировать общие суммы убытков за заданный период симуляции, необходимо суммировать количество импульсов, масштабируемых от потери переключения, о которой сообщают.
Переменные
Настройки Variables позволяют вам задавать приоритет и начальные целевые значения для переменных в блоках перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.
Чтобы включить настройки Variables для этого блока, установите вариант на или .
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
Эта таблица показывает, как видимость параметров Main зависит от того, как вы конфигурируете параметры On-state behavior and switching losses и Block choice. Чтобы изучить, как считать эту таблицу, смотрите Зависимости от Параметра.
Основные зависимости от параметра
| Параметры и опции |
|---|
| Блокируйте выбор |
PS control port или Electrical control port | PS control port | Thermal port или Electrical control port | Thermal port |
| Передайте напряжение, VF | Пороговое напряжение, Vth |
| Сопротивление на состоянии | Поведение на состоянии и переключающиеся потери |
Specify constant values | Tabulate with temperature and current |
| Проводимость состояния Off | Передайте напряжение, VF | Напряжение на состоянии, Vds (Tj, Лед) |
| Пороговое напряжение, Vth | Сопротивление на состоянии | Проводимость состояния Off |
| Проводимость состояния Off | Переключатель - на потере, Вечность (Tj, Лед) |
| Переключатель - на потере | Выключите потерю, Eoff (Tj, Лед) |
| Выключите потерю | Температурный вектор, Tj |
| Напряжение состояния Off для переключения данных потерь | Эмиттерный коллектором текущий вектор, Лед |
| На состоянии текущий для переключения данных потерь | Напряжение состояния Off для переключения данных потерь |
| Энергетическая постоянная времени рассеяния | Энергетическая постоянная времени рассеяния |
On-state behaviour and switching losses — На состоянии текущий для переключения данных потерь
Specify constant values (значение по умолчанию) | Tabulate with temperature and current
Выберите метод параметризации. Опция, которую вы выбираете, определяет, который включены другие параметры. Опции:
Specify constant values — Используйте скалярные значения, чтобы задать текущий выход, переключатель - на потере, и выключить данные потерь. Это - метод параметризации по умолчанию.
Tabulate with temperature and current — Используйте векторы, чтобы задать текущий выход, переключатель - на потере, выключить потерю и температурные данные.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
On-state resistance — Сопротивление эмиттера коллектора на состоянии
0.001 Ohm (значение по умолчанию)
Сопротивление эмиттера коллектора, когда устройство работает.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Off-state conductance — Проводимость эмиттера коллектора состояния Off
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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Threshold voltage, Vth — Пороговое напряжение
6 V (значение по умолчанию)
Эмиттерное логическим элементом напряжение, при котором устройство включает.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Switch-on loss — Переключатель - на потере
22.86e-3
J (значение по умолчанию)
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 скаляра.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Switch-off loss — Выключите потерю
17.14e-3
J (значение по умолчанию)
Энергия, рассеянная во время сингла, выключает событие. Этот параметр задан как функция температуры, и финал на состоянии вывел текущий. Задайте этот параметр с помощью скаляра.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Off-state voltage for switching loss data — Напряжение состояния Off 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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
On-state current for switching loss data — Выведите текущий
600 A (значение по умолчанию)
Выведите токи, для которых переключатель - на потере, выключают потерю, и напряжение на состоянии задано. Первым элементом должен быть нуль. Задайте этот параметр с помощью скаляра.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
On-state voltage, Vds(Tj,Ice) — Напряжение на состоянии
[0, .1, .6, .8, 1, 1.3, 1.6, 2, 2.4; 0, .1, .7, 1, 1.2, 1.5, 1.9, 2.4, 2.8] V (значение по умолчанию)
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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Switch-on loss, Eon(Tj,Ice) — Переключатель - на потере
[0, .0024, .024, .12, .2, .48, 1.04, 2.16, 3.24; 0, .003, .03, .15, .25, .6, 1.3, 2.7, 4.05] * 1e-3
J (значение по умолчанию)
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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Switch-off loss, Eoff(Tj,Ice) — Выключите потерю
[0, .0007, .0066, .033, .066, .17, .33, .83, 1.5; 0, .001, .01, .05, .1, .25, .5, 1.2, 2.2] * 1e-3
J (значение по умолчанию)
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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
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.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Collector-emitter current vector, Ice — Эмиттерный коллектором текущий вектор
[0, .1, 1, 5, 10, 20, 40, 70, 100] A (значение по умолчанию)
Эмиттерные коллектором токи, для который переключатель - на потере, потеря "выключает", и напряжение на состоянии заданы. Первым элементом должен быть нуль. Задайте этот параметр с помощью векторного количества.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
Energy dissipation time constant — Постоянная времени
1e-4
s (значение по умолчанию)
Задержка первого порядка, с которой мгновенные потери переключения гладко повышают температуру перехода.
Зависимости
См. таблицу Main Parameter Dependencies.
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:
Diode model — Модель Diode
Piecewise Linear (значение по умолчанию) | Tabulated I-V curve
Выберите одну из этих диодных моделей:
Piecewise Linear — Используйте кусочную линейную модель для диода, как описано в Кусочном Линейном Диоде. Это - метод по умолчанию.
Tabulated I-V curve — Используйте сведенное в таблицу прямое смещение данные I-V плюс фиксированное обратное смещение от проводимости.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда тепловой порт осушен, и параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with no dynamics или 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
Включить этот параметр:
Если тепловой порт скрыт, установите Integral protection diode на Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.
Если тепловой порт осушен, установите Integral protection diode на Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics и Diode model к Piecewise linear.
On resistance — На сопротивлении
0.001 Ohm (значение по умолчанию)
Скорость изменения напряжения по сравнению с током выше Forward voltage.
Зависимости
Включить этот параметр:
Если тепловой порт скрыт, установите Integral protection diode на Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.
Если тепловой порт осушен, установите Integral protection diode на Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics и Diode model к Piecewise linear.
Forward currents, If(Tj,Vf) — Вектор из прямых токов
[.07, .12, .19, 1.75, 4.24, 7.32, 11.2; .16, .3, .72, 2.14, 4.02, 6.35, 9.12] A (значение по умолчанию) | неотрицательный вектор
Передайте токи. Этот параметр должен быть вектором по крайней мере из трех неотрицательных элементов.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, осушите тепловой порт и установите Diode model на Tabulated I-V curve.
Junction temperatures, Tj — Вектор из температур перехода
[25, 125] degC (значение по умолчанию)
Вектор из температур перехода. Этот параметр должен быть вектором по крайней мере из двух элементов.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, осушите тепловой порт и установите Diode model на Tabulated I-V curve.
Forward voltages, Vf — Вектор из прямых напряжений
[.5, .7, .9, 1.3, 1.7, 2.1, 2.5] V (значение по умолчанию)
Вектор из прямых напряжений. Этот параметр должен быть вектором по крайней мере из трех неотрицательных значений.
Зависимости
Чтобы включить этот параметр, осушите тепловой порт и установите Diode model на Tabulated I-V curve.
Off conductance — От проводимости
1e-5 1/Ohm (значение по умолчанию)
Проводимость обратно-смещенного диода.
Зависимости
Этот параметр отображается только, когда параметр Integral protection diode устанавливается на Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.
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, что использование блока, чтобы вычислить Reverse recovery time, trr. Это значение должно быть больше 1. Определение фактора фрагмента является более легким способом параметрировать противоположное время восстановления, чем определение противоположного обратного заряда. Чем больше значение фактора фрагмента, тем дольше это берет для противоположного восстановления, текущего, чтобы рассеяться.
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 stretch factor.
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
где:
iRM является значением, заданным для Peak reverse current, iRM.
a является значением, заданным для 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 charge.
Тепловой порт
Используйте тепловой порт, чтобы симулировать 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.
Вопросы совместимости
развернуть все
Обновитесь на переключающихся потерях и тепловых опциях моделирования
Поведение изменяется в R2020b
От R2020b вперед, блок IGBT (Ideal, Switching) улучшил потери и тепловые опции моделирования.
В результате от этих изменений:
Параметр Energy dissipation time constant больше не используется. Шаг при температуре перехода теперь отражает переключающиеся потери. Если ваша модель содержит количество тепла, непосредственно соединенное с этим блоком тепловой порт, удалите его и смоделируйте количество тепла в самом компоненте.
Электрические и тепловые потери на состоянии теперь всегда идентичны. Параметр Thermal loss dependent on и его опции, Voltage and current и Voltage, current, and temperature, были переименованы в On-state behavior and switching losses, Specify constant values, и Tabulate with temperature and current:
Если вы выбрали Voltage and current для Thermal loss dependent on затем электрические потери на состоянии неизменны, и их значения определяются с помощью сопротивления на состоянии. Однако тепловые потери на состоянии теперь также определяются сопротивлением на состоянии. До R2020b тепловые потери на состоянии были заданы продуктом параметров Output current, Iout и On-state voltage.
Если вы выбрали Voltage, current, and temperature для Thermal loss dependent on затем тепловые потери на состоянии неизменны и наборы параметров On-state voltage, Vds(Tj,Ice) их значения. Однако электрические потери на состоянии теперь равны тепловым потерям на состоянии. До R2020b электрические потери на состоянии были заданы значением сопротивления на состоянии.
Параметр On-state voltage больше не используется.
Расширенные возможности
Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.
Введенный в R2013b
