Тиристор
Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи
Блок тиристора (кусочно-линейного) моделирует тиристор. I-V характеристика для тиристора такова, что тиристор включается, если напряжение затвора-катода превышает заданное напряжение триггера затвора. Устройство отключается, если ток нагрузки падает ниже указанного значения удерживающего тока.
Чтобы определить характеристику I-V тиристора, 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 низкой проводимостью в выключенном состоянии, Гофф.
Определяющими Simscape™ уравнениями для блока являются:
if (v > Vf)&&((G>Vgt)||(i>Ih))
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.
Рон - сопротивление во включенном состоянии.
Гофф - это проводимость вне состояния.
На вкладке Интегральный диод (Integral Diode) диалогового окна блока можно включить интегральный катодно-анодный 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.
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.
Потери при переключении являются одним из основных источников тепловых потерь в полупроводниках. При каждом переходе переключения тиристорные паразиты накапливают 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. При выключенном коммутационном устройстве потеря мощности определяется значением параметра Natural switutation rectification loss. Это потеря выпрямления, приложенная в момент, когда устройство отключается из-за падения тока ниже удерживающего тока. Эта потеря является фиксированной величиной и не масштабируется напряжением в выключенном состоянии или током в 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. Значение параметра Switch-on loss, Eon (Tj, Iak) задает размеры потерь переключения и они либо фиксированы, либо зависят от температуры соединения и тока стока-истока. 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, когда напряжение катода затвора падает ниже порогового напряжения. Аналогично, блок записывает напряжение в выключенном состоянии в точке, в которой устройство находится. 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 (для тиристора это Естественная коммутационная выпрямительная потеря) и регистрируется как импульс 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 | GTO | Идеальный полупроводниковый коммутатор | IGBT (идеальный, коммутационный) | MOSFET (идеальный вариант, переключение)