Exponenta Banner
exponenta event banner

N-канальный IGBT

Биполярный транзистор с N-канальной изоляцией

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи

  • N-Channel IGBT block

Описание

Блок N-канального IGBT моделирует биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Блок предоставляет два основных варианта моделирования, доступ к которым можно получить, щелкнув правой кнопкой мыши блок на блок-схеме и выбрав соответствующий параметр в контекстном меню в меню Simscape > Block choices:

  • Полные I-V и емкостные характеристики - этот вариант является детальной компонентной моделью, пригодной для моделирования подробных коммутационных характеристик и прогнозирования потерь компонентов. Этот вариант, в свою очередь, предоставляет два способа моделирования IGBT:

    Емкость перехода затвора в подробной модели представлена в виде фиксированной емкости CGE затвора-эмиттера и либо фиксированной, либо нелинейной емкости CGC затвора-коллектора. Дополнительные сведения см. в разделе Модель расходов.

  • Упрощенные характеристики I-V и синхронизация на основе событий - этот вариант моделирует IGBT более просто, используя только данные I-V о включенном состоянии в качестве функции напряжения коллектора-эмиттера. В выключенном состоянии (напряжение затвора-эмиттера меньше порогового напряжения, Vth) IGBT моделируется постоянной проводимостью Off-state. Эта упрощенная модель подходит, когда достаточно приблизительных динамических характеристик, и скорость моделирования имеет первостепенное значение. Дополнительные сведения см. в разделе Вариант IGBT на основе событий.

Вместе с вариантами тепловых портов (см. Тепловые порты) блок предоставляет четыре варианта выбора. Чтобы выбрать нужный вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели. В контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices», а затем один из следующих параметров.

  • Full I-V и емкостные характеристики | No thermal port - подробная модель, которая не моделирует влияние генерируемого тепла и температуры устройства. Это значение по умолчанию.

  • Полные характеристики I-V и емкости | Показать тепловой порт - Подробная модель с открытым тепловым портом.

  • Упрощенные характеристики I-V и синхронизация на основе событий | Без теплового порта - упрощенная модель на основе событий, которая также не моделирует влияние генерируемого тепла и температуры устройства.

  • Упрощенные характеристики I-V и синхронизация на основе событий | Show thermal port - упрощенная модель на основе событий с открытым тепловым портом.

Представление эквивалентной цепью

Эквивалентная схема детального варианта блока состоит из блока биполярного транзистора PNP, приводимого в действие N-канальным блоком MOSFET, как показано на следующем рисунке:

Источник МОП-транзистора соединен с коллектором биполярных транзисторов, а сток МОП-транзистора соединен с базой биполярных транзисторов. MOSFET использует основанные на пороговых значениях уравнения, показанные на справочной странице блока MOSFET N-канала. Биполярный транзистор использует уравнения, показанные на справочной странице блока биполярного транзистора PNP, но с добавлением параметра N коэффициента излучения, который масштабирует kT/q.

Блок N-Channel IGBT использует характеристики включения и выключения, указанные в диалоговом окне блока, для оценки значений параметров для нижележащего N-Channel MOSFET и биполярного транзистора PNP.

Блок использует характеристики выключения для вычисления напряжения основного эмиттера Vbe и тока насыщения IS.

Когда транзистор выключен, напряжение затвора-эмиттера равно нулю, а напряжение базы-коллектора IGBT велико, поэтому уравнения тока базы и коллектора PNP упрощают:

Ib = 0 = − Is [1βF (e − qVbe/( NkT) − 1) − 1βR] Ic = − Is [e − qVbe/( NkT) (1 + VbVAF) + 1βR]

где N - коэффициент излучения, значение параметра N, VAF - напряжение Early в прямом направлении, и Ic и Ib определены как положительные, протекающие в коллектор и основание соответственно. Определения остальных переменных см. на справочной странице биполярного транзистора PNP. Первое уравнение может быть решено для Vbe.

Базовый ток равен нулю в выключенном состоянии и, следовательно, Ic = -Ice, где Ices - ток коллектора напряжения нулевого затвора. Напряжение базы-коллектора, Vbc, задается Vbc = Vces + Vces, где Vces - напряжение, при котором измеряется Ices. Следовательно, мы можем переписать второе уравнение следующим образом:

Ices = Is [e − qVbe/( NkT) (1 + Vces + VbeVAF) + 1βR]

Блок устанавливает βR и βF в типичные значения 1 и 50, поэтому эти два уравнения можно использовать для решения для Vbe и IS:

Vbe = − NkTqlog (1 + βFβR) Is = Ice − qVbe/( NkT) + 1βR

Примечание

Блок не требует точного значения для βF, поскольку он может регулировать усиление К MOSFET, чтобы гарантировать правильное общее усиление устройства.

Параметры блока Напряжение насыщения коллектора-эмиттера, Vce (sat) и Ток коллектора, при котором определяется Vce (sat), используются для определения Vbe (sat) путем решения следующего уравнения:

Ice (sat) = Is [e − qVbe (sat )/( NkT) (1 + Vce (sat) + Vbe (sat) VAF) + 1βR]

Учитывая это значение, блок вычисляет коэффициент усиления MOSFET, K, используя следующее уравнение:

Ids = Ib = K [(VGE (sat) − Vth) Vds − Vds22]

где Vth - пороговое напряжение затвора-эмиттера, Vge (th) - значение параметра, а VGE (sat) - напряжение затвора-эмиттера, при котором Vce (sat) - определенное значение параметра.

Vds относится к напряжениям транзистора как Vds = Vce - Vbe. Блок заменяет это соотношение для Vds, устанавливает напряжение и ток основного эмиттера на их насыщенные значения и перестраивает уравнение MOSFET, чтобы получить

K = Ib (sat) [(VGE (sat) − Vth) (Vbe (sat) + Vce (sat)) − (Vbe (sat) + Vce (sat)) 22]

где Vce (sat) - напряжение насыщения коллектора-эмиттера, значение параметра Vce (sat).

Эти расчеты гарантируют, что ток коллектора нулевого напряжения затвора и напряжение насыщения коллектора-эмиттера точно удовлетворяются при этих двух заданных условиях. Однако графики тока-напряжения очень чувствительны к коэффициенту излучения N и точному значению Vth. Если в спецификации производителя приведены графики тока и напряжения для различных значений VGE, то N и V могут быть настроены вручную для улучшения соответствия.

Представление 2-й справочной таблицей

Для представления таблицы подстановки варианта детализированного блока необходимо предоставить табличные значения тока коллектора как функции напряжения затвора-эмиттера и напряжения коллектора-эмиттера. Основное преимущество использования этой опции - скорость моделирования. Он также позволяет параметризовать устройство на основе измеренных данных или данных, полученных из другой среды моделирования. Для создания собственных данных из эквивалентного представления цепи можно использовать тестовый электрический жгут, например, как показано в примере «Характеристики IGBT».

Представление таблицы поиска объединяет все эквивалентные компоненты схемы (PNP транзистор, N-канал MOSFET, коллекторный резистор и эмиттерный резистор) в одну эквивалентную таблицу поиска.

Представление 3D справочной таблицей

Для представления таблицы поиска, зависящей от температуры, детализированного варианта блока можно предоставить табличные значения тока коллектора как функции напряжения затвора-эмиттера, напряжения коллектора-эмиттера и температуры.

Представление таблицы поиска объединяет все эквивалентные компоненты схемы (PNP транзистор, N-канал MOSFET, коллекторный резистор и эмиттерный резистор) в одну эквивалентную таблицу поиска.

Если тепловой порт блока не открыт, параметр Температура моделирования устройства (Device simulation temperature parameter) на вкладке Температурная зависимость (Temperature Dependence) позволяет указать температуру моделирования.

Модель тарификации

Детальный вариант блока моделирует переходные емкости либо по фиксированным значениям емкости, либо по табличным значениям в зависимости от напряжения коллектора-эмиттера. В любом случае можно либо непосредственно задать значения емкости затвора-эмиттера и перехода затвора-коллектора, либо разрешить блоку выводить их из значений емкости входного и обратного переноса. Поэтому опции параметризации для модели заряда на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Предоставьте фиксированные значения параметров из таблицы данных и разрешите блоку преобразовать входные значения емкости и значения емкости обратного переноса в значения емкости перехода, как описано ниже. Это метод по умолчанию.

  • Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Укажите фиксированные значения параметров емкости перехода напрямую.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Предоставить табличные значения емкостей и напряжения коллекторов-эмиттеров на основе графиков таблицы данных. Блок преобразует входные и обратные значения емкости переноса в значения емкости перехода, как описано ниже.

  • Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Предоставить табличные значения для емкостей перехода и напряжения коллектора-эмиттера.

Используйте одну из опций емкости в таблице (Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance), когда лист данных предоставляет график емкостей перехода как функцию напряжения коллектора-эмиттера. Использование табличных значений емкости даст более точные динамические характеристики и позволит избежать необходимости итеративной настройки параметров в соответствии с динамикой.

Если вы используете Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance или Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance на вкладке Емкость перехода (Junction Capacitance) можно указать значения параметров Емкость перехода между затвором и эмиттером, Емкость перехода между затвором и коллектором и Емкость перехода между коллектором и эмиттером (фиксированные или табличные). В противном случае блок извлекает их из значений входной емкости, Cies, емкости обратного переноса, Cres и выходной емкости, параметров Coes. Эти два метода параметризации связаны следующим образом:

  • CGC = Cres

  • CGE = Cies - Cres

  • CCE = Coes - Cres

Две опции фиксированной емкости (Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance или Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance) позвольте вам моделировать емкость перехода затвора как фиксированную емкость CGE затвора-эмиттера и фиксированную или нелинейную емкость CGC затвора-коллектора. При выборе Gate-collector charge function is nonlinear опция для параметра Линейность заряд-напряжение, то соотношение заряд затвор-коллектор определяется кусочно-линейной функцией, показанной на следующем рисунке.

При этой нелинейной емкости профили напряжения затвора-эмиттера и коллектора-эмиттера принимают форму, показанную на следующем рисунке, где падение напряжения коллектора-эмиттера имеет две области (обозначенные 2 и 3), а напряжение затвора-эмиттера имеет две постоянные времени (до и после порогового напряжения Vth):

Значения конденсатора для Cies, Cres и Cox можно определить следующим образом, предполагая, что затвор IGBT возбуждается через внешнее сопротивление RG:

  1. Установите Cies, чтобы получить правильную постоянную времени для VGE в области 1. Постоянная времени определяется произведением Cies и RG. Можно также использовать значение таблицы для Cies.

  2. Установите Cres так, чтобы получить правильный градиент VCE в области 2. Градиент задается значением (VGE - Vth )/( Cres· RG).

  3. Установите VCox в напряжение, при котором градиент VCE изменяется минус пороговое напряжение Vth.

  4. Установите Кокс, чтобы получить правильную длину Миллера и постоянную времени в области 4.

Поскольку базовая модель является упрощением фактического распределения заряда, может потребоваться некоторая итерация этих четырех шагов, чтобы получить наилучшее общее соответствие измеренным данным. Конец тока коллектора, когда IGBT выключен, определяется параметром Total forward transit time.

Примечание

Поскольку эта реализация блока включает в себя модель заряда, необходимо смоделировать импеданс цепи, приводящей в действие затвор, чтобы получить репрезентативную динамику включения и выключения. Поэтому, если вы упрощаете схему привода затвора, представляя ее как управляемый источник напряжения, вы должны включить подходящий последовательный резистор между источником напряжения и затвором.

Точная настройка вольтамперных характеристик

Для представления эквивалентной схемы детализированной модели используйте параметры на вкладке Дополнительно (Advanced), чтобы точно настроить характеристики тока-напряжения моделируемого устройства. Для эффективного использования этих дополнительных параметров потребуется лист данных производителя, в котором представлены графики зависимости тока коллектора от напряжения коллектора-эмиттера для различных значений напряжения затвора-эмиттера. Параметры на вкладке Дополнительно (Advanced) имеют следующие эффекты.

  • Параметр Коэффициент излучения, N управляет формой кривых ток-напряжение вокруг начала координат.

  • Параметры сопротивления коллектора, сопротивления RC и эмиттера, RE влияют на наклон кривой ток-напряжение при более высоких токах и при полном включении высоким напряжением затвора-эмиттера.

  • Параметр Forward Early voltage, VAF влияет на форму кривых ток-напряжение для напряжений затвора-эмиттера вокруг порогового напряжения затвора-эмиттера Vge (th).

Моделирование температурной зависимости

Для представления таблицы подстановки 2-D электрические уравнения не зависят от температуры. Однако температурную зависимость можно моделировать либо с помощью представления таблицы поиска 3-D, либо с помощью эквивалентного представления цепи детализированной модели.

Для представления эквивалентной схемы температурная зависимость моделируется температурной зависимостью составляющих компонентов. Для получения дополнительной информации по определяющим уравнениям см. справочные страницы блоков N-канальных МОП-транзисторов и ПНП-биполярных транзисторов.

В некоторых листах данных отсутствует информация о токе коллектора нулевого напряжения затвора Ices при более высокой температуре измерения. В этом случае можно указать энергетический зазор EG для устройства, используя типовое значение для типа полупроводника. Для кремния энергетический разрыв обычно 1.11 эВ.

Вариант IGBT на основе событий

Эта реализация имеет гораздо более простые уравнения, чем с полными I-V и емкостными характеристиками. Используйте вариант на основе события, когда основное внимание в анализе уделяется пониманию общего поведения схемы, а не проверке точных характеристик синхронизации IGBT или потерь.

Устройство всегда находится в одном из следующих четырех состояний:

  • Прочь

  • Включение

  • На

  • Отключение

В выключенном состоянии соотношение между током коллектора (ic) и напряжением коллектора-эмиттера (vce) составляет

ic = Гоффвце(1)

В включенном состоянии соотношение между током коллектора (ic) и напряжением коллектора-эмиттера (vce) равно

vce = tablelookup (ic)(2)

При включении напряжение коллектора-эмиттера понижается до нуля за время нарастания, и устройство переходит во включенное состояние, когда напряжение падает ниже табличного значения включенного состояния. Аналогично при выключении напряжение коллектора-эмиттера увеличивается по времени падения (тока) до заданного значения блокирующего напряжения.

На следующем рисунке показаны результирующие профили напряжения и тока при возбуждении резистивной нагрузки.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели и выберите соответствующий вариант блока.

  • Для подробной модели выберите Simscape > Block choices > Full I-V and емкостные характеристики | Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры теплового порта.

  • Для упрощенной модели на основе событий выберите Simscape > Block choices > Simplified I-V characteristics and event-based timing | Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока, отображает параметры теплового порта и дополнительные основные параметры. Для моделирования тепловых эффектов необходимо предоставить дополнительные табличные данные для потерь при включении и выключении и определить напряжение во включенном состоянии коллектора-эмиттера как функцию тока и температуры.

Используйте тепловой порт для моделирования влияния генерируемого тепла и температуры устройства. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов и о параметрах тепловых портов см. в разделе Моделирование тепловых эффектов в полупроводниках.

Допущения и ограничения

Детальная модель основана на следующих допущениях:

  • Этот блок не позволяет задавать начальные условия на емкостях перехода. Если в блоке Конфигурация решателя (Solver Configuration) выбрана опция Начать моделирование из стационарного состояния (Start simulation from steading state), блок решает начальные напряжения, чтобы они соответствовали расчетному стационарному состоянию. В противном случае напряжения равны нулю в начале моделирования.

  • Возможно, потребуется использовать ненулевые значения емкости перехода для предотвращения проблем с числовым моделированием, но моделирование может выполняться быстрее, если эти значения равны нулю.

  • Блок не учитывает зависящие от температуры воздействия на емкости перехода.

Упрощенная модель, основанная на событиях, основана на следующих допущениях:

  • При использовании пары IGBT в рычаге моста, как правило, схема привода затвора предотвращает включение устройства до тех пор, пока соответствующее устройство не отключится, тем самым реализуя минимальную полосу нечувствительности. Если необходимо смоделировать случай, когда минимальная полоса нечувствительности отсутствует и оба устройства включены на мгновение частично, используйте подробный вариант модели IGBT (полные I-V и емкостные характеристики). Предположение, используемое вариантом, основанным на событии, о том, что напряжения коллектора-эмиттера могут колебаться между включенными и выключенными состояниями, является недопустимым для таких случаев.

  • Минимальная длительность импульса применяется при включении или выключении; в точке, где напряжение затвора-коллектора поднимается выше порогового значения, любые последующие изменения напряжения затвора игнорируются в течение времени, равного сумме задержки включения и времени нарастания тока. Аналогично в точке, где напряжение коллектора затвора падает ниже порогового значения, любые последующие изменения напряжения затвора игнорируются в течение времени, равного сумме задержки выключения и времени падения тока. Эта особенность обычно реализуется в схеме привода затвора.

  • Эта модель не учитывает расходы. Следовательно, при отключении индуктивной нагрузки отсутствует токовый хвост.

  • Репрезентативное моделирование пика тока при включении индуктивной нагрузки с уже существующим током свободного хода требует настройки параметра сопротивления Миллера.

  • Потеря включения в таблице использует предыдущий ток включения, а не текущее значение (которое неизвестно до тех пор, пока устройство не достигнет конечного состояния включения).

  • Из-за высокой жесткости модели, которая может возникнуть из упрощенных уравнений, при использовании этого блока можно получать предупреждения о нарушении минимального размера шага. Откройте панель Решатель (Solver) диалогового окна Параметры конфигурации (Configuration Parameters) и увеличьте значение параметра Количество последовательных шагов (Number of последовательных шагов min steps), если это необходимо для удаления этих предупреждений.

Порты

Сохранение

развернуть все

Порт экономии электроэнергии, связанный с клеммой эмиттера PNP

Электрический консервационный порт, связанный с клеммой затвора IGBT

Электрический консервационный порт, связанный с клеммой коллектора PNP

Параметры

развернуть все

Главная (вариант блока по умолчанию)

Эта конфигурация вкладки «Главная» соответствует варианту подробного блока, который является вариантом по умолчанию. Если используется упрощенный вариант блока на основе событий, см. раздел Главное (вариант блока на основе событий).

Выберите представление IGBT:

  • Fundamental nonlinear equations - использовать эквивалентную схему на основе биполярного транзистора PNP и N-канального МОП-транзистора. Это значение по умолчанию.

  • Lookup table (2-D, temperature independent) - Используйте поиск 2-D таблице для тока коллектора как функцию напряжения затвора-эмиттера и напряжения коллектора-эмиттера.

  • Lookup table (3-D, temperature dependent) - Используйте поиск 3-D таблице для тока коллектора как функцию напряжения затвора-эмиттера, напряжения коллектора-эмиттера и температуры.

Ток коллектора, который протекает, когда напряжение затвора-эмиттера установлено в нуль, и прикладывается большое напряжение коллектора-эмиттера, то есть устройство находится в выключенном состоянии. Значение большого напряжения коллектора-эмиттера определяется параметром Напряжение, при котором определяется значение Ices.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Напряжение, используемое при измерении тока коллектора напряжения нулевого затвора, Ices.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Пороговое напряжение, используемое в уравнениях МОП-транзистора.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Напряжение на коллекторе-эмиттере для типичного включенного состояния, указанного изготовителем.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Ток коллектора-эмиттера, когда напряжение затвора-эмиттера равно Vge (sat), а напряжение коллектора-эмиттера равно Vce (sat).

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Напряжение затвора, используемое при измерении Vce (sat) и Ice (sat).

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Температура, для которой указаны параметры (Tm1).

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Fundamental nonlinear equations для I-V характеристик, определенных параметром.

Вектор напряжений затвора-эмиттера, используемый для поиска в таблице. Значения вектора должны быть строго увеличены. Значения могут быть неравномерно разнесены.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent) для I-V характеристик, определенных параметром.

Вектор напряжений коллектора-эмиттера, используемый для поиска в таблице. Значения вектора должны быть строго увеличены. Значения могут быть неравномерно разнесены.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Lookup table (2-D, temperature independent) или Lookup table (3-D, temperature dependent) для I-V характеристик, определенных параметром.

Вектор температур, используемый для поиска в таблице. Значения вектора должны быть строго увеличены. Значения могут быть неравномерно разнесены.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Lookup table (3-D, temperature dependent) для I-V характеристик, определенных параметром.

Табличные значения для тока коллектора как функции напряжения затвора-эмиттера и напряжения коллектора-эмиттера, которые будут использоваться для поиска 2-D таблице. Каждое значение в матрице определяет ток коллектора для конкретной комбинации напряжения затвора-эмиттера и напряжения коллектора-эмиттера. Размер матрицы должен соответствовать размерам, определенным векторами напряжения затвора-эмиттера и напряжения коллектора-эмиттера. Значения по умолчанию в A:

[-1.015e-5 1.35e-8 4.7135e-4 5.092e-4 5.105e-4 5.1175e-4 5.1299e-4 5.1423e-4 5.1548e-4 5.1672e-4; 
 -9.9869e-6 1.35e-8 4.7135e-4 5.092e-4 5.105e-4 5.1175e-4 5.1299e-4 5.1423e-4 5.1548e-4 5.1672e-4; 
 -9.955e-6 1.35e-8 0.0065225 3.3324 48.154 93.661 105.52 105.72 105.93 106.14; 
 -9.955e-6 1.35e-8 0.0065235 3.5783 70.264 166.33 252.4 317.67 353.38 357.39; 
 -9.955e-6 1.35e-8 0.006524 3.7206 89.171 228.09 371.63 511.02 642.69 764.04; 
 -9.9549e-6 1.35e-8 0.0065242 3.7716 97.793 256.21 424.27 592.92 759.2 921.52; 
 -9.9549e-6 1.35e-8 0.0065243 3.8067 104.52 278.11 464.6 654.37 844.57 1.0339e+3; 
 -9.9549e-6 1.35e-8 0.0065244 3.8324 109.92 295.67 496.54 702.28 909.96 1.1183e+3]

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Lookup table (2-D, temperature independent) для I-V характеристик, определенных параметром.

Табличные значения тока коллектора как функции напряжения затвора-эмиттера, напряжения коллектора-эмиттера и температуры, которые будут использоваться для поиска 3-D таблице. Каждое значение в матрице определяет ток коллектора для конкретной комбинации напряжения затвора-эмиттера и напряжения коллектора-эмиттера при определенной температуре. Размер матрицы должен соответствовать размерам, определенным векторами напряжения затвора-эмиттера, напряжения коллектора-эмиттера и температуры.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Lookup table (3-D, temperature dependent) для I-V характеристик, определенных параметром.

Емкость соединения (вариант блока по умолчанию)

Выберите один из следующих методов параметризации блока:

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Предоставьте фиксированные значения параметров из таблицы данных и разрешите блоку преобразовать входные, выходные и обратные значения емкости переноса в значения емкости перехода, как описано в модели заряда. Это метод по умолчанию.

  • Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Укажите фиксированные значения параметров емкости перехода напрямую.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Предоставить табличные значения емкостей и напряжения коллекторов-эмиттеров на основе графиков таблицы данных. Блок преобразует входные, выходные и обратные значения емкости переноса в значения емкости перехода, как описано в модели заряда.

  • Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Предоставить табличные значения для емкостей перехода и напряжения коллектора-эмиттера.

Емкость затвора-эмиттера с коллектором закорочена к эмиттеру.

Зависимости

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранной опции параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является 26.4 nF.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является [80 40 32 28 27.5 27 26.5 26.5 26.5] nF.

Емкость коллектора-затвора с эмиттером, подключенным к земле.

Зависимости

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранной опции параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является 2.7 nF.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является [55 9 5.5 3.1 2.5 2.1 1.9 1.8 1.7] nF.

Емкость коллектора-эмиттера с затвором и эмиттером закорочена.

Зависимости

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранной опции параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является 0 nF.

  • Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является [60 20 12 8 6 4.8 4 3.5 3.1] nF.

Значение емкости, размещенной между затвором и эмиттером.

Зависимости

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранной опции параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является 23.7 nF.

  • Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является [25 31 26.5 24.9 25 24.9 24.6 24.7 24.8] nF.

Значение емкости, размещенной между затвором и коллектором.

Зависимости

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранной опции параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является 2.7 nF.

  • Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является [55 9 5.5 3.1 2.5 2.1 1.9 1.8 1.7] nF.

Значение емкости, размещенной между коллектором и эмиттером.

Зависимости

Значение по умолчанию для этого параметра зависит от выбранной опции параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance):

  • Specify fixed gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является 0 nF.

  • Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and collector-emitter capacitance - Если выбран этот параметр, значением по умолчанию является [5 11 6.5 4.9 3.5 2.7 2.1 1.7 1.4] nF.

Напряжения коллектора-эмиттера соответствуют табличным значениям емкости.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Specify tabulated input, reverse transfer and output capacitance или Specify tabulated gate-emitter, gate-collector and output capacitance для параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance).

Выберите фиксированную или нелинейную емкость литника-стока:

  • Gate-collector capacitance is constant - значение емкости является постоянным и определяется в соответствии с выбранной опцией параметризации либо непосредственно, либо на основе таблицы данных. Это метод по умолчанию.

  • Gate-collector charge function is nonlinear - Отношение заряда затвор-коллектор определяется в соответствии с кусочно-нелинейной функцией, описанной в модели заряда. Появляются два дополнительных параметра, позволяющих определить функцию заряда литник-коллектор.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Specify fixed input, reverse transfer and output capacitance или Specify fixed gate-emitter, gate-collector and output capacitance для параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Емкость соединения (Junction Capacitance).

Емкость затвора-коллектора при включенном устройстве и малом напряжении затвора-коллектора. Этот параметр отображается только при выборе Gate-collector charge function is nonlinear для параметра Линейность заряда-напряжения. Значение по умолчанию: 20 nF.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Gate-collector charge function is nonlinear для параметра Линейность заряда-напряжения.

Напряжение коллекторного затвора, при котором емкость коллекторного затвора переключается между значениями емкости в выключенном состоянии (CGC) и во включенном состоянии (Cox).

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Gate-collector charge function is nonlinear для параметра Линейность заряда-напряжения.

Время прямого прохождения для PNP-транзистора, используемого как часть базовой модели IGBT. Это влияет на скорость снятия заряда с канала при отключении БТИЗ.

Дополнительно (вариант блока по умолчанию)

Представление таблицы подстановки объединяет все эквивалентные компоненты цепи в одну таблицу подстановки, поэтому эта вкладка пуста. При использовании эквивалентного представления цепи эта вкладка имеет следующие параметры.

Коэффициент излучения или коэффициент идеальности биполярного транзистора.

Прямое напряжение Early для транзистора PNP, используемого в модели IGBT. Для получения дополнительной информации см. справочную страницу блока биполярного транзистора PNP.

Сопротивление на коллекторе.

Сопротивление на эмиттере.

Значение сопротивления внутреннего затвора при температуре измерения. Следует отметить, что это не является значением сопротивления затворов серии внешних цепей, которое следует моделировать внешне для IGBT.

Идеальное максимальное усиление прямого тока для транзистора PNP, используемого в модели IGBT. Для получения дополнительной информации см. справочную страницу блока биполярного транзистора PNP.

Температурная зависимость (вариант блока по умолчанию)

Для представления таблицы поиска 2-D электрические уравнения не зависят от температуры, поэтому эта вкладка пуста. Для представления таблицы поиска 3-D с открытым тепловым портом эта вкладка также пуста, поскольку матрица 3-D на вкладке «Главная» фиксирует температурную зависимость. Если тепловой порт блока не отображается для представления таблицы поиска 3-D, то эта вкладка содержит только параметр температуры моделирования устройства. При использовании эквивалентного представления цепи эта вкладка имеет следующие параметры.

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature - Температурная зависимость не моделируется, и другие параметры на этой вкладке не видны. Это метод по умолчанию.

  • Specify Ices and Vce(sat) at second measurement temperature - Модельные температурно-зависимые эффекты путем предоставления значений для тока коллектора нулевого напряжения затвора, Ices, и напряжения коллектора-эмиттера, Vce (sat), при второй температуре измерения.

  • Specify Vce(sat) at second measurement temperature plus the energy gap, EG - Используйте эту опцию, если в спецификации отсутствует информация о токе коллектора нулевого напряжения затвора (Ices) при более высокой температуре измерения.

Значение энергетического разрыва. Значение по умолчанию: 1.11 эВ.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Specify Vce(sat) at second measurement temperature plus the energy gap, EG для параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Температурная зависимость (Temperature Dependence

Значение тока коллектора нулевого затвора при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр отображается только при выборе Specify Ices and Vce(sat) at second measurement temperature для параметра Параметризация (Parameterization) на вкладке Температурная зависимость (Temperature Dependence

Значение напряжения насыщения коллектора-эмиттера при второй температуре измерения и когда ток коллектора и напряжение затвора-эмиттера определены соответствующими параметрами на вкладке Main (Главная).

Измеряют вторую температуру Tm2 при которой ток коллектора нулевого напряжения затвора, Ices, при второй температуре измерения и напряжение насыщения коллектора-эмиттера, Vce (sat), при второй температуре измерения.

Текущее значение степени насыщения для типа устройства. Если у вас есть графические данные для значения Ices как функции температуры, вы можете использовать их для точной настройки значения XTI.

Значение температурного коэффициента подвижности. Для большинства устройств можно использовать значение по умолчанию. При наличии графических данных для Vce (sat) при различных температурах их можно использовать для точной настройки значения BEX.

Представляет дробную скорость изменения (α) сопротивления внутреннего затвора (RG) с температурой. Таким образом, сопротивление затвора равно R = Rмеас (1 + α (Ts - Tm1)), где Rмеас - внутреннее сопротивление затвора, значение параметра RG.

Температура Ts, при которой моделируется устройство.

Главная (вариант блока на основе событий)

Эта конфигурация вкладки Main соответствует упрощенному варианту блока на основе событий. Если используется подробный вариант блока, см. раздел Главное (Вариант блока по умолчанию).

Значения температуры, при которых указываются потери коллектора-эмиттера и включения/выключения.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если блок имеет открытый тепловой порт.

Коллекторные токи, для которых определены включенное напряжение коллектора-эмиттера. Первый элемент должен быть равен нулю.

Коллекторно-эмиттерные напряжения, соответствующие вектору коллекторных токов. Первый элемент должен быть равен нулю. Если блок имеет открытый тепловой порт, этот параметр заменяется на параметр «Напряжение во включенном состоянии коллектора-эмиттера», Vce = fcn (Tj, Ic), который определяет напряжения как по температуре, так и по току.

Напряжения коллектора-эмиттера, находящиеся в включенном состоянии, определяются как функция как температуры, так и тока.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если блок имеет открытый тепловой порт.

Потеря энергии при включении устройства, определяемая как функция температуры и конечного тока включения.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если блок имеет открытый тепловой порт.

Потеря энергии при выключении устройства, определяемая как функция температуры и конечного тока включения.

Зависимости

Этот параметр отображается только в том случае, если блок имеет открытый тепловой порт.

Когда устройство включается, оно имеет сопротивление Миллера постоянного значения последовательно с требуемым клином напряжения. Это сопротивление представляет частичную проводимость через устройство во время включения и может быть использовано для согласования пика напряжения, наблюдаемого при повторном подключении токопроводящего индуктора и соответствующего свободного диода. Типичное значение в 10-50 раз превышает эффективное сопротивление в рабочем состоянии.

Проводимость, когда устройство находится в выключенном состоянии.

Для включения устройства напряжение затвора-эмиттера должно быть больше этого значения.

Dynamics (вариант блока на основе событий)

Время, до которого устройство начинает наклоняться.

Время, необходимое для нарастания тока при возбуждении резистивной нагрузки.

Время, до которого устройство начинает наклоняться.

Время, необходимое для снижения тока при возбуждении резистивной нагрузки.

Напряжение коллектора-эмиттера в выключенном состоянии, используемое при определении времени подъема и падения. Значение по умолчанию: 300 V. Если ваш блок имеет открытый тепловой порт, этот параметр заменяется на напряжение в выключенном состоянии для параметра данных синхронизации и потерь, который определяет напряжение, используемое при определении времени подъема и падения, а также данные потерь, также со значением по умолчанию 300 V.

Примеры модели

IGBT Characteristics

Характеристики IGBT

Формирование кривой Ic в зависимости от Vce для биполярного транзистора с изолированным затвором. Определите вектор напряжений эмитента ворот, и минимальные и максимальные напряжения коллекционера-эмитента, дважды щелкая по блоку, маркированному ', Определяют Условия (Vge и Vce)'. Щелкните гиперссылку «график кривых» в модели, чтобы выполнить моделирование графика результатов моделирования.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

Представлен в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка