Идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором для коммутации приложений
Simscape/Электрический/Полупроводники и конвертеры
Блок IGBT (Ideal, Switching) моделирует идеальный биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для коммутационных приложений. Характеристика переключения 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. Этот рисунок показывает типичную i-v characteristic:
Чтобы определить I-V характеристику IGBT, 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 коллектор-эмиттер ведет себя как линейный диод с падением напряжения вперед, Vf и вкл-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 коллектор-эмиттер ведет себя как линейный резистор с низким значением проводимости вне состояния, Goff.
Определяющие Simscape™ уравнения для блока:
if (v>Vf)&&(G>Vth)
i == (v - Vf*(1-Ron*Goff))/Ron;
else
i == v*Goff;
end где:
v - напряжение коллектора-эмиттера.
Vf - прямое напряжение.
G - напряжение затвора-излучателя.
Vth - пороговое напряжение.
i - ток коллектора-эмиттера.
Ron - сопротивление в состоянии «on-state».
Goff - проводимость вне состояния.
Используя параметры Integral Diode, можно включать интегральный диод-коллектор эмиттера. 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.
Установите параметр Integral protection diode на основе своей цели.
| 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. |
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.
Рисунок показывает идеализированное представление выходного напряжения, Vout и выходного тока, Iout, полупроводникового устройства. Показанный интервал включает в себя весь nth 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 IGBT сохраняют и затем рассеивают энергию.
Потери переключения зависят от напряжения вне состояния и тока в состоянии включения. Когда коммутирующее 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.
В этом блоке потери переключения применяются путем увеличения температуры соединения со значением, равным потерям переключения, разделенным на общую тепловую массу в соединении. Switch-on loss, Eon(Tj,Ice) и Switch-on loss, Eoff(Tj,Ice) значений параметров устанавливают размеры потерь переключения, и они либо фиксированы, либо зависят от температуры соединения и тока источника стока. В обоих случаях потери масштабируются напряжением в нерабочем состоянии до последнего события включения устройства.
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.
Настройки Variables позволяют вам задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных перед симуляцией. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.
Чтобы включить настройки Variables для этого блока, установите вариант равным PS Control Port | Thermal Port или Electrical Control Port | Thermal Port.
Рисунок показывает имена портов блоков.
Diode | GTO | Ideal Semiconductor Switch | MOSFET (Ideal, Switching) | Thyristor (Piecewise Linear)
