GTO

Тиристор выключения ворот

Библиотека:
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Силовая электроника

Описание

Блок GTO моделирует тиристор выключения затвора (GTO). Характеристика I-V GTO такова, что, если напряжение затвора-катода превышает заданное напряжение запуска затвора, GTO включается. Если напряжение затвора-катода падает ниже заданного значения напряжения выключения затвора, или если ток нагрузки падает ниже заданного значения тока удержания, устройство отключается.

Чтобы определить I-V характеристику GTO, установите параметр On-state behaviour and switching losses на Specify constant values или Tabulate with temperature and current. The Tabulate with temperature and current опция доступна, только если вы открываете тепловой порт блока.

В включенном состоянии путь анод-катод ведет себя как линейный диод с прямым падением напряжения, _Vf и on-сопротивлением, _Ron. Однако, если вы выставляете тепловой порт блока и параметризоваете устройство с помощью табличных данных I-V, табличное сопротивление является функцией от температуры и тока.

В выключенном состоянии путь анод-катод ведет себя как линейный резистор с низким значением проводимости вне состояния, _Goff.

Определяющие Simscape™ уравнения для блока:

    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 - прямое напряжение.
G - напряжение затвора.
Vgt - триггерное напряжение затвора.
i - ток анод-катод.
Ih - удерживающий ток.
Vgt_off - напряжение выключения затвора.
Ron - сопротивление в состоянии «on-state».
Goff - проводимость вне состояния.

Используя параметры Integral Diode, можно включать интегральный катодно-анодный диод. GTO, который включает интегральный катодно-анодный диод, известен как асимметричный GTO (A-GTO) или обратнопроводящий GTO (RCGTO). Интегральный диод защищает полупроводниковое устройство путем обеспечения пути проводимости для обратного тока. Индуктивная нагрузка может создавать высокий всплеск обратного напряжения, когда полупроводниковое устройство внезапно отключает подачу напряжения на нагрузку.

Таблица показывает, как задать параметр Integral protection diode на основе ваших целей.

Цель	Значение, которое нужно выбрать	Поведение блоков
Приоритезируйте скорость симуляции.	`Protection diode with no dynamics`	Блок включает интегральную копию блока Diode. Чтобы параметризовать внутренний Diode блок, используйте параметры Protection.
Точно задайте динамику заряда в обратном режиме.	`Protection diode with charge dynamics`	Блок включает интегральную копию динамической модели блока Diode. Чтобы параметризовать внутренний Diode блок, используйте параметры Protection.

Варианты моделирования

Блок обеспечивает 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:

PS Control Port - содержит порт физического сигнала, который сопоставлен с клеммой управления ключом. Этот вариант является вариантом по умолчанию.
Electrical Control Port - содержит электрический порт, сопоставленный с клеммой управления ключом.
PS Control Port | Thermal Port - содержит тепловой порт и порт физического сигнала, который сопоставлен с клеммой управления ключом.
Electrical Control Port | Thermal Port - содержит тепловой порт и электрический порт, который сопоставлен с клеммой управления ключом.

Варианты этого блока без теплового порта не моделируют генерацию тепла в устройстве.

Варианты с тепловым портом позволяют вам смоделировать тепло, которое генерируют события переключения и потери проводимости. Тепловой порт по умолчанию скрыт. Чтобы включить тепловой порт, выберите вариант теплового блока.

Тепловые потери

Рисунок показывает идеализированное представление выходного напряжения, _Vout и выходного тока, _Iout, полупроводникового устройства. Показанный интервал включает в себя весь n^th цикл переключения, во время которого блок выключается и затем включается.

Потери переключений являются одним из основных источников тепловых потерь в полупроводниках. Во время каждого перехода включения-выключения паразитики GTO сохраняют и затем рассеивают энергию.

Потери переключения зависят от напряжения вне состояния и тока в состоянии включения. Когда переключающее устройство включено, потери степени зависят от начального напряжения в нерабочем состоянии на устройстве и последнего тока в включенном состоянии, когда устройство полностью находится в включенном состоянии. Точно так же, когда переключающее устройство выключено, потери степени зависят от начального тока включения через устройство и конечного напряжения вне состояния, когда устройство полностью находится в выключенном состоянии. Включенное и коммутируемое усилием отключение потерь либо фиксированы, либо зависят от температуры соединения и тока источника стока, в зависимости от того, как вы задаете поведение On-state и параметр потерь. В обоих случаях потери масштабируются напряжением вне состояния до последнего события включения устройства.

Когда ток падает ниже удерживающего тока и устройство естественно коммутируется, потери устанавливаются параметром Natural commutation rectification loss. Поскольку невозможно узнать, когда измерить стартовый или конечное напряжение для потерь выпрямления, невозможно масштабировать его на напряжение вне состояния или ток в состоянии включения.

В этом блоке потери переключения применяются путем увеличения температуры соединения со значением, равным потерям переключения, разделенным на общую тепловую массу в соединении.

Примечание

Поскольку окончательный ток после события переключения не известен во время симуляции, блок записывает ток в состоянии включения в точке, в которой устройство отключено. Аналогично, блок записывает напряжение вне состояния в точке, в которой устройство командуется. По этой причине журнал моделирования не сообщает о потерях переключения в тепловой сети до одного цикла переключения позже.

Для всех идеальных коммутационных устройств потери переключений сообщаются в журнале моделирования следующим lastTurnOffLoss и lastTurnOnLoss и записан как импульс с амплитудой, равной потере энергии. Если вы используете скрипт, чтобы суммировать общие потери за определенный период симуляции, необходимо суммировать значения импульсов на каждом повышающем ребре импульса. Кроме того, можно использовать ee_getPowerLossSummary и ee_getPowerLossTimeSeries функции для извлечения проводимости и переключения потерь из записанных данных.

Порты

Рисунок показывает имена портов блоков.

Сохранение

расширить все

`G` - Терминал управления ключами
электрический

Порт сопоставлен с терминалом управления ключами. Можно задать порт либо физическим сигналом, либо электрическим портом.

`A` - Терминал анода
электрический

Электрический порт сопоставлен с клеммой анода.

`K` - Катодная клемма
электрический

Электрический порт сопоставлен с выводом катода.

`H` - Тепловой порт
тепловой

Тепловой порт. Тепловой порт является необязательным и по умолчанию скрыт. Чтобы включить этот порт, выберите вариант, который включает тепловой порт.

Параметры

расширить все

Главный

В этой таблице показано, как видимость параметров Main зависит от того, как вы конфигурируете параметры Block choice и On-state behavior and switching losses. Чтобы узнать, как считать эту таблицу, см. «Параметры».

Зависимости основного параметра

Параметры и опции
Выбор блока
`PS control port` или `Electrical control port`	`PS control port \| Thermal port` или `Electrical control port \| Thermal port`
Напряжение триггера затвора, Vgt	Напряжение триггера затвора, Vgt
Напряжение выключения затвора, Vgt_off	Напряжение выключения затвора, Vgt_off
Удерживающий ток	Удерживающий ток
Прямое напряжение, Vf	Поведение в состоянии и потери переключений
Прямое напряжение, Vf	`Specify constant values`	`Tabulate with temperature and current`
Сопротивление в состоянии нахождения	Прямое напряжение, Vf	Напряжение в состоянии, Vak (Tj, Iak)
Проводимость вне состояния	Сопротивление в состоянии нахождения	Проводимость вне состояния
	Проводимость вне состояния	Потеря включения, Eon (Tj, Iak)
	Потери при включении	Потеря выключения, Eoff (Tj, Iak)
	Принудительная потеря выключения коммутации	Вектор температуры, Tj
	Естественная потеря коррекции коммутации	Вектор тока анод-катод, Iak
	Напряжение вне состояния для переключения данных потерь	Естественная потеря коррекции коммутации
	Ток в состоянии переключения данных потерь	Напряжение вне состояния для переключения данных потерь

`On-state behaviour and switching losses` - Ток в состоянии переключения данных о потерях
`Specify constant values` (по умолчанию) | `Tabulate with temperature and current`

Выберите метод параметризации. Выбранная опция определяет, какие другие параметры включены. Опции:

Specify constant values - Используйте скалярные значения, чтобы задать выходной ток, потери при включении, потери при выключении и данные о включенном напряжении. Это метод параметризации по умолчанию.
Tabulate with temperature and current - Используйте векторы, чтобы задать выходной ток, потери при включении, потери при выключении и данные о температуре.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Gate trigger voltage, Vgt` - Напряжение триггера затвора
`6` `V` (по умолчанию)

Порог напряжения затвора-катода. Устройство включается, когда напряжение затвора-катода выше этого значения.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Gate turn-off voltage, Vgt_off` - Напряжение выключения затвора
`-1` `V` (по умолчанию)

Порог напряжения затвора-катода. Устройство выключается, когда напряжение затвора-катода ниже этого значения.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Holding current` - Удерживающий ток
`1` `A` (по умолчанию)

Текущий порог. Устройство остается включенным, когда ток выше этого значения, даже когда напряжение затвора-катода падает ниже триггерного напряжения затвора.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Forward voltage, Vf` - Прямое напряжение
`0.8` `V` (по умолчанию)

Минимальное напряжение, требуемое на портах анода и катодного блока для _1/Ron градиента характеристики I-V устройства, где _Ron является значением On-state resistance.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`On-state resistance` - Сопротивление в состоянии нахождения
`0.001` `Ohm` (по умолчанию)

Скорость изменения напряжения от тока выше прямого напряжения. Значение по умолчанию 0.001.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Off-state conductance` - Проводимость вне состояния
`1e-5` `1/Ohm` (по умолчанию)

Проводимость анода-катода, когда устройство отключено. Значение должно быть меньше 1/R, где R - значение On-state resistance. Значение по умолчанию 1e-5.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Switch-on loss` - Потеря включения
`22.86e-3` `J` (по умолчанию)

Энергия рассеялась во время одного события включения. Этот параметр определяется как функция от температуры и конечного выходного тока в состоянии включения. Задайте этот параметр с помощью скалярной величины.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Forced commutation switch-off loss` - Принудительная потеря выключения коммутации
`17.14e-3` `J` (по умолчанию)

Энергия рассеивается во время одного события отключения. Этот параметр определяется как функция от температуры и конечного выходного тока в состоянии включения. Задайте этот параметр с помощью скалярной величины.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Natural commutation rectification loss` - Естественная компенсационная потеря
`10e-3` `J` (по умолчанию)

Потеря исправления произошла в точке, когда блок выключается, когда ток падает ниже Holding current. Задайте этот параметр с помощью скалярной величины.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Off-state voltage for switching loss data` - Напряжение в нерабочем состоянии для данных потерь
`300` `V` (по умолчанию)

Выходное напряжение устройства в выключенном состоянии. Это - блокирующее напряжение, при котором заданы данные о потерях при включении и отключении.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`On-state current for switching loss data` - Выходной ток
`600` `A` (по умолчанию)

Выходные токи, для которых заданы потери включения, потери выключения и напряжение включения. Первый элемент должен быть нулем. Задайте этот параметр с помощью скалярной величины.

Примечание

Этот параметр измеряется в точке, где напряжение затвора падает ниже Gate trigger voltage, Vgt. Импульс включения больше, чем время, необходимое току, чтобы достичь своего максимального значения.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`On-state voltage, Vak(Tj,Iak)` - Напряжение в состоянии включения
`[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` (по умолчанию)

Падение напряжения на устройстве, пока оно находится в срабатывающем проводящем состоянии. Этот параметр определяется как функция от температуры и конечного выходного тока в состоянии включения. Задайте этот параметр с помощью вектора величины.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Switch-on loss, Eon(Tj,Iak)` - Потеря включения
`[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` (по умолчанию)

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Switch-off loss, Eoff(Tj,Iak)` - Потеря выключения
`[0, .0007, .0066, .033, .066, .17, .33, .83, 1.5; 0, .001, .01, .05, .1, .25, .5, 1.2, 2.2] * 1e-3` `J` (по умолчанию)

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Temperature vector, Tj` - Вектор температуры
`[298.15, 398.15]` `K` (по умолчанию)

Значения температуры, при которых заданы потери включения, потери выключения и напряжение включения. Задайте этот параметр с помощью вектора величины.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

`Anode-cathode current vector, Iak` - Вектор тока анод-катод
`[0, .1, 1, 5, 10, 20, 40, 70, 100]` `A` (по умолчанию)

Анодно-катодные токи, для которых заданы потери включения, отключения переключателя и включенного напряжения. Первый элемент должен быть нулем. Задайте этот параметр с помощью вектора величины.

Зависимости

См. таблицу Основные зависимости параметров.

Интегральный диод

`Integral protection diode` - Интегральный диод защиты
`None` (по умолчанию) | `Protection diode with no dynamics` | `Protection diode with charge dynamics`

Блокируйте интегральный диод защиты. Значение по умолчанию None.

Диоды, которые можно выбрать:

Protection diode with no dynamics
Protection diode with charge dynamics

`Diode model` - Модель диода
`Piecewise Linear` (по умолчанию) | `Tabulated I-V curve`

Выберите одну из следующих моделей диодов:

Piecewise Linear - Используйте кусочно-линейную модель для диода, как описано в Piecewise Linear Diode. Это метод по умолчанию.
Tabulated I-V curve - Используйте табличные данные I-V прямого смещения плюс фиксированное обратное смещение от проводимости.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда тепловой порт доступен, и параметр Integral protection diode установлен в Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.

`Forward voltage` - Прямое напряжение
`0.8` `V` (по умолчанию)

Минимальное напряжение, необходимое для + и - блокируют порты для градиента характеристики I-V диода, которые будут _1/Ron, где _Ron является значением On resistance.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр:

Если тепловой порт скрыт, задайте Integral protection diode Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.
Если тепловой порт доступен, установите Integral protection diode равным Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics и Diode model к Piecewise linear.

`On resistance` - На сопротивлении
`0.001` `Ohm` (по умолчанию)

Скорость изменения напряжения от тока выше Forward voltage.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр:

Если тепловой порт скрыт, задайте Integral protection diode Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.
Если тепловой порт доступен, установите Integral protection diode равным Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics и Diode model к Piecewise linear.

`Forward currents, If(Tj,Vf)` - Вектор 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` (по умолчанию) | неотрицательный вектор

Передние токи. Этот параметр должен быть вектором как минимум трех неотрицательных элементов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, откройте тепловой порт и установите Diode model равным Tabulated I-V curve.

`Junction temperatures, Tj` - Вектор температур соединений
`[25, 125]` `degC` (по умолчанию)

Вектор температур соединений. Этот параметр должен быть вектором как минимум двух элементов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, откройте тепловой порт и установите Diode model равным Tabulated I-V curve.

`Forward voltages, Vf` - Вектор прямых напряжений
`[.5, .7, .9, 1.3, 1.7, 2.1, 2.5]` `V` (по умолчанию)

Вектор прямых напряжений. Этот параметр должен быть вектором как минимум трех неотрицательных значений.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, откройте тепловой порт и установите Diode model равным Tabulated I-V curve.

`Off conductance` - Отключенная проводимость
`1e-5` `1/Ohm` (по умолчанию)

Проводимость реверс-смещенного диода.

Зависимости

Этот параметр видим, только когда параметр Integral protection diode установлен в Protection diode with no dynamics или Protection diode with charge dynamics.