Тиристор отключения затвора
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Силовая электроника
Блок GTO моделирует тиристор отключения затвора (GTO). I-V характеристика GTO такова, что если напряжение затвора-катода превышает заданное напряжение триггера затвора, GTO включается. Если напряжение затвора-катода падает ниже заданного значения напряжения отключения затвора или если ток нагрузки падает ниже заданного значения тока удержания, устройство отключается.
Для определения I-V характеристики GTO установите для параметра On-state и switching loss значение Specify constant values или Tabulate with temperature and current. Tabulate with temperature and current опция доступна только при открытии теплового порта блока.
В включенном состоянии путь анод-катод ведет себя как линейный диод с падением напряжения в прямом направлении, Vf и сопротивлением Ron. Однако при отображении теплового порта блока и параметризации устройства с использованием табличных данных I-V значение сопротивления в таблице зависит от температуры и тока.
В выключенном состоянии путь анод-катод ведет себя как линейный резистор с низким значением проводимости в выключенном состоянии, Гофф.
Определяющими Simscape™ уравнениями для блока являются:
if ((v > Vf)&&((G>Vgt)||(i>Ih)))&&(G>Vgt_off)
i == (v - Vf*(1-Ron*Goff))/Ron;
else
i == v*Goff;
end где:
v - анодно-катодное напряжение.
Vf - напряжение прямого направления.
G - напряжение затвора.
Vgt - напряжение срабатывания затвора.
i - анодно-катодный ток.
Ih - ток удержания.
Vgt_off - напряжение отключения затвора.
Рон - сопротивление во включенном состоянии.
Гофф - это проводимость вне состояния.
Используя параметры интегрального диода, можно включить интегральный катодно-анодный диод. GTO, который включает в себя интегральный катодно-анодный диод, известен как асимметричный GTO (A-GTO) или обратнопроводящий GTO (RCGTO). Встроенный диод защищает полупроводниковый прибор, обеспечивая путь проводимости для обратного тока. Индуктивная нагрузка может создавать высокий скачок обратного напряжения, когда полупроводниковый прибор внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку.
В таблице показано, как установить параметр Integral protection diode в зависимости от поставленных целей.
| Цель | Значение для выбора | Поведение блока |
|---|---|---|
| Приоритизируйте скорость моделирования. | Protection diode with no dynamics | Блок включает в себя интегральную копию диодного блока. Для параметризации внутреннего диодного блока используйте параметры Protection. |
| Точно укажите динамику заряда в обратном режиме. | Protection diode with charge dynamics | Блок включает в себя интегральную копию динамической модели диодного блока. Для параметризации внутреннего диодного блока используйте параметры Protection. |
Блок предоставляет четыре варианта моделирования. Чтобы выбрать нужный вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели. В контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices», а затем один из следующих вариантов:
Управляющий порт PS - содержит физический сигнальный порт, связанный с терминалом затвора. Этот вариант является вариантом по умолчанию.
Электрический управляющий порт - содержит электрический консервационный порт, связанный с клеммой затвора.
Управляющий порт PS | Тепловой порт - Содержит тепловой порт и физический сигнальный порт, связанный с клеммой затвора.
Электрический управляющий порт | Тепловой порт - Содержит тепловой порт и электрический консервационный порт, связанный с клеммой затвора.
Варианты этого блока без теплового порта не моделируют тепловыделение в устройстве.
Варианты с тепловым портом позволяют моделировать тепло, которое генерируют события переключения и потери проводимости. По умолчанию тепловой порт скрыт. Чтобы включить тепловой порт, выберите вариант теплового блока.
На рисунке показано идеализированное представление выходного напряжения Vout и выходного тока Iout полупроводникового устройства. Показанный интервал включает в себя весь n-й цикл переключения, в течение которого блок выключается и затем включается.
Потери при переключении являются одним из основных источников тепловых потерь в полупроводниках. Во время каждого перехода включения-выключения паразиты GTO хранят и затем рассеивают энергию.
Потери при переключении зависят от напряжения в выключенном состоянии и тока в включенном состоянии. Когда переключающее устройство включено, потери мощности зависят от начального напряжения в выключенном состоянии на устройстве и конечного тока в включенном состоянии, как только устройство полностью находится в включенном состоянии. Аналогично, когда переключающее устройство коммутируется силой, потери мощности зависят от начального тока включенного состояния через устройство и конечного напряжения выключенного состояния, как только устройство полностью находится в выключенном состоянии. Потери при включении и отключении с принудительной коммутацией либо фиксированы, либо зависят от температуры соединения и тока истока стока в зависимости от того, как задается параметр «Состояние включения и потери при переключении». В обоих случаях потери масштабируются напряжением в выключенном состоянии до последнего события включения устройства.
Когда ток падает ниже удерживающего тока и устройство естественным образом коммутируется, потери устанавливаются параметром Natural switutation rectification loss. Поскольку невозможно определить, когда измерять пусковой ток или конечное напряжение для потери выпрямления, невозможно масштабировать его по напряжению в выключенном или включенном состоянии.
В этом блоке потери на переключение прикладываются посредством повышения температуры перехода на величину, равную потерям на переключение, деленной на общую тепловую массу в переходе.
Примечание
Поскольку конечный ток после события переключения не известен во время моделирования, блок записывает ток во включенном состоянии в точке, в которой устройство выключено. Аналогично, блок записывает напряжение в выключенном состоянии в точке, в которой устройство включено. По этой причине simlog не сообщает о потерях переключения в тепловую сеть до одного цикла переключения позже.
Для всех идеальных коммутационных устройств потери при переключении указываются в simlog как lastTurnOffLoss и lastTurnOnLoss и регистрируют в виде импульса с амплитудой, равной потере энергии. При использовании сценария для суммирования общих потерь за определенный период моделирования необходимо суммировать значения импульсов на каждом фронте нарастания импульса. Кроме того, можно использовать ee_getPowerLossSummary и ee_getPowerLossTimeSeries функции извлечения потерь на проводимость и переключение из зарегистрированных данных.
На рисунке показаны имена портов блоков.
Диод | Идеальный полупроводниковый коммутатор | IGBT (идеальный, коммутационный) | MOSFET (идеальный вариант, переключение) | N-канальный MOSFET | P-канал MOSFET | Тиристор (кусочно-линейный)
