Идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором для коммутации
Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи
Блок IGBT (Ideal, Switching) моделирует идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для коммутационных приложений. Коммутационная характеристика IGBT такова, что если напряжение затвора-эмиттера превышает заданное пороговое напряжение Vth, IGBT находится в включенном состоянии. В противном случае устройство находится в выключенном состоянии. На этом рисунке показана типичная i-v характеристика:
Для определения I-V характеристики IGBT 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 коллектор-эмиттер 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 коллектор-эмиттер ведет себя как линейный резистор с низким значением проводимости в выключенном состоянии, Гофф.
Определяющими Simscape™ уравнениями для блока являются:
if (v>Vf)&&(G>Vth)
i == (v - Vf*(1-Ron*Goff))/Ron;
else
i == v*Goff;
end где:
v - напряжение коллектора-эмиттера.
Vf - напряжение прямого направления.
G - напряжение затвора-эмиттера.
Vth - пороговое напряжение.
i - ток коллектора-эмиттера.
Рон - сопротивление во включенном состоянии.
Гофф - это проводимость вне состояния.
Используя параметры интегрального диода, можно включить интегральный эмиттерно-коллекторный диод. 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.
Установите параметр Integral protection diode в зависимости от цели.
| 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 IGBT 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 выключено, потери мощности зависят от начального тока включенного состояния через устройство и конечного напряжения выключенного состояния, как только устройство полностью находится в выключенном 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. Значения параметров потери включения, потери включения (Tj, Ice) и потери включения, потери включения (Tj, Ice) устанавливают размеры потерь переключения, и они либо фиксированы, либо зависят от температуры соединения и тока истока стока. В обоих случаях потери масштабируются напряжением в выключенном состоянии до последнего события включения устройства.
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.
Параметры «Переменные» позволяют задать приоритет и начальные целевые значения для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.
Чтобы включить параметры переменных для этого блока, установите вариант PS Control Port | Thermal Port или Electrical Control Port | Thermal Port.
На рисунке показаны имена портов блоков.
Диод | GTO | Идеальный полупроводниковый коммутатор | MOSFET (идеальный вариант, переключение) | Тиристор (кусочно-линейный)
