Thyristor

Тиристор с помощью NPN и транзисторов PnP

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Semiconductors & Converters

  • Thyristor block

Описание

Блок Thyristor обеспечивает два способа смоделировать тиристор:

  • Как эквивалентная схема на основе NPN и биполярные транзисторы PnP

  • Приближением интерполяционной таблицы к I-V на состоянии (текущее напряжение) кривая

Представление эквивалентной схемой

Эквивалентная схема содержит пару NPN и биполярных транзисторов PnP, как показано на следующем рисунке.

P N P N структура тиристора является соответствующим PnP и структурами N-P-N биполярных транзисторов, основой каждого устройства, соединенного к коллектору другого устройства. Чтобы гарантировать, что эта схема ведет себя как тиристор, необходимо выбрать подходящие значения параметров NPN и устройств PnP плюс внешние резисторы. Например, для схемы, чтобы фиксироваться в на состоянии, когда-то инициированный подходящим током затвора, общий доход этих двух транзисторов должен быть больше того. Эта структура модели реплицирует поведение тиристора в схемах типового приложения, одновременно представляя минимальное количество уравнений к решателю, чтобы улучшить скорость симуляции.

Примечание

Чрезвычайно важно, чтобы вы параметрировали тиристорный компонент правильно перед использованием его в вашей модели. Чтобы помочь вам сделать это, существует две тестовых обвязки в примерах Simscape™ Electrical™, Тиристорной Статической Валидации Поведения и Тиристорной Динамической Валидации Поведения. Следуйте тексту справки для этих двух примеров, плюс таблица данных для вашего устройства, чтобы повторно параметрировать тиристорный компонент так, чтобы это реплицировало необходимое поведение. Можно затем скопировать параметрированный компонент в модель. Всего хорошего, чтобы смоделировать схему диска логического элемента правильно, включая серийное сопротивление схемы. Соединение управляемого источника напряжения непосредственно к тиристорному логическому элементу дает нефизические результаты, потому что это фиксирует логический элемент к напряжению катода, когда спрос на логический элемент является нулем.

Модель получает следующие тиристорные поведения:

  • Токи состояния Off, IDRM и IRRM. Они обычно заключаются в кавычки для максимальных напряжений несостояния VDRM и VRRM. Это принято, как имеет место для большинства тиристоров, что IDRM = IRRM и VDRM = VRRM.

  • Триггерное напряжение логического элемента равно значению параметров Corresponding gate voltage, V_GT, когда ток затвора равен значению параметров Gate trigger current, I_GT.

  • Тиристор фиксируется на том, когда ток затвора равен Gate trigger current, I_GT. Тиристор не фиксируется на том, пока ток затвора не достигает этого значения. Чтобы убедиться дело обстоит так, необходимо установить параметр Internal shunt resistor, Rs правильно. Если сопротивление слишком высоко, то логический элемент инициировал, прежде чем ток затвора достигает iGT. Если сопротивление слишком мало, то логический элемент не инициировал.

    Можно определить значение внутреннего RS резистора шунта путем выполнения симуляции. Чтобы видеть, как это может быть сделано, обратитесь к Тиристорному Статическому примеру Валидации Поведения. В качестве альтернативы, если вы используете тиристор в схеме, где существует внешний резистор RGK, соединенный от логического элемента до катода, затем эффект RS обычно очень мал, и это может быть установлено в inf.

  • С тиристором в на состоянии, если ток затвора удален, тиристор остается в на состоянии, при условии, что текущая загрузка выше, чем текущее содержание. Вы не задаете содержание, текущее непосредственно, потому что его значение, в основном, определяется другими параметрами блоков.

    Однако текущее содержание может быть под влиянием параметра Product of NPN and PNP forward current gains на вкладке Advanced. Сокращение усиления увеличивает текущее содержание.

  • Напряжение на состоянии равно значению параметров On-state voltage, V_T, когда текущая загрузка равна значению параметров On-state current, I_T. Это обеспечено значением сопротивления R_on, которое учитывает падение напряжения, замеченное через устройства NPN и PnP.

  • Инициирование уровнем повышения напряжения несостояния. Быстрое изменение в напряжении анодного катода вызывает ток в терминах основной емкости коллектора. Если этот ток является достаточно большим, он инициировал тиристор в на состоянии. Тиристорная стандартная программа инициализации вычисляет подходящее значение для основной емкости коллектора, так, чтобы, когда скорость изменения напряжения равна значению параметров Critical rate of rise of off-state voltage, dV/dt, тиристор включил. Это вычисление основано на приближении, что необходимым током является vGT / RGK, где RGK является значением сопротивления катода логического элемента, используемым при заключении в кавычки критического значения dV/dt.

  • Ненулевое управляемое логическим элементом время включения, в основном, под влиянием NPN device forward transit time, TF. Вы или задаете этот параметр непосредственно или вычисляете приближенное значение для TF со времени включения.

  • Ненулевое коммутируемое время выключения, в основном, под влиянием PNP device forward transit time, TF. Можно или задать этот параметр непосредственно или установить его быть равным прямому времени транспортировки для транзистора NPN.

Резисторы Gmin1 и Gmin2 улучшают числовую робастность при больших прямых и противоположных напряжениях. Их значения влияют на токи несостояния на не больше, чем 1% при максимальных прямых и противоположных напряжениях несостояния.

Примечание

Поскольку эта реализация блока включает модель заряда, необходимо смоделировать импеданс схемы, управляющей логическим элементом, чтобы получить представительный поворот - на и выключить динамику. Поэтому, если вы упрощаете управляющую схему логического элемента путем представления его как управляемого источника напряжения, необходимо включать подходящий последовательный резистор между источником напряжения и логическим элементом.

Представление интерполяционной таблицей

При использовании представления интерполяционной таблицы вы вводите сведенные в таблицу значения для анодного катодного тока в зависимости от напряжения анодного катода когда в на состоянии. Основными преимуществами использования этой опции является скорость симуляции и простота параметризации. Чтобы далее упростить базовую модель, это представление не моделирует:

  • Устройство, инициировавшее из-за уровня повышения напряжения несостояния

  • Коммутируемое время выключения

Задержка при включении представлена входным конденсатором катода логического элемента, значение которого вычисляется так, чтобы задержка между повышением напряжения затвора и устройством, начинающим включать, была равна значению, заданному параметром Turn-on delay time. Поворот - на времени нарастания для текущей загрузки реализован путем сползания нелинейно между нулем и током, определенным профилем текущего напряжения на состоянии по периоду времени, заданному значением параметра Turn-on rise time. Обратите внимание на то, что получившийся поворот - на текущем профиле является приближением к существующему устройству.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты выработанного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции в Полупроводниках.

Допущения и ограничения

  • Этот блок не моделирует температурно-зависимые эффекты. Этот блок симулирован при температуре, заданной значением параметров Measurement temperature. Все параметры должны быть заключены в кавычки для этой температуры.

  • Если вы используете представление эквивалентной схемы:

    • В чувствительных вентильных схемах (то есть, где нет никакого внешнего резистора катода логического элемента RGK), необходимо установить значение параметра Internal shunt resistor, Rs, чтобы гарантировать правильное инициирование. Если внутреннее сопротивление шунта слишком высоко, то тиристорные триггеры для токов меньше, чем iGT. Если внутреннее сопротивление шунта является слишком низким, тиристор не инициировал для входа, текущего из iGT. Для получения дополнительной информации при использовании симуляции, чтобы определить приемлемое внутреннее значение сопротивления шунта, смотрите Тиристорный Статический пример Валидации Поведения.

    • Инициирование путем превышения напряжения переключения не моделируется.

    • Численно тиристор может быть требовательным, чтобы симулировать, учитывая очень небольшие токи затвора по сравнению с текущей загрузкой, и также очень крутые текущие градиенты во время переключения. Однако для большинства типичных основанных на тиристоре схем, можно использовать параметры симуляции по умолчанию. В некоторых случаях вы, возможно, должны сжать Absolute Tolerance и параметры Relative Tolerance на вкладке Solver диалогового окна Configuration Parameters, гарантировать сходимость. В таких случаях, изменяя значение по умолчанию Absolute Tolerance от auto к 1e-4 или 1e-5 обычно достаточно, потому что это предотвращает адаптивное изменение этого параметра в процессе моделирования.

    • Токи утечки аппроксимированы диодами D1 и D2, как показано в эквивалентной схеме. Этот подход принимает, что утечка через эти два транзистора мала в сравнении. Это предположение не допустимо для значений vGT, которые значительно меньше, чем типичное прямое падение напряжения 0,6 В.

  • Если вы используете представление интерполяционной таблицы:

    • Инициирование путем превышения напряжения переключения или скоростью изменения напряжения несостояния не моделируется.

    • Коммутируемое время выключения не моделируется. Проверяйте, что ваша схема не нарушает установленное коммутируемое время выключения для тиристора.

    • Когда вы задаете поворот - на времени нарастания, получившийся профиль текущего времени является приближением.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с логическим элементом.

Электрический порт сохранения сопоставлен с анодом.

Электрический порт сохранения сопоставлен с катодом.

Параметры

развернуть все

Основной

Представляйте тиристор или при помощи эквивалентной схемы на основе NPN и биполярных транзисторов PnP или используйте приближение интерполяционной таблицы для кривой I-V на состоянии.

Статическое падение напряжения анодного катода, когда в на состоянии, и текущее течение равно текущему IT на состоянии.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Статическая загрузка (или эквивалентно анодный) текущий, который течет, когда напряжение анодного катода равно напряжению на состоянии VT.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Вектор из напряжений на состоянии, чтобы использоваться для поиска по таблице. Векторные значения должны строго увеличиваться, и первое значение должно быть больше нуля. Значения могут быть расположены с неоднородными интервалами.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Вектор из токов, соответствующих значениям вектора напряжений на состоянии, чтобы использоваться для 1D поиск по таблице. Эти два вектора должны быть одного размера.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

IDRM анодного тока несостояния, который течет, когда напряжение анодного катода равно напряжению несостояния VDRM.

Напряжение анодного катода VDRM, примененный с тиристором в несостояния при заключении в кавычки текущего IDRM несостояния

Это - минимальный ток, для которого тиристор остается в на состоянии. Для опции Интерполяционной таблицы текущая фиксация принята равная текущему содержанию, таким образом, это - также максимальный ток, для которого тиристор остается в несостояния.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Lookup table для параметра I-V characteristics defined by.

Температура симуляции устройства. Необходимо задать все значения параметров блоков для этой температуры.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Пропустите инициирование

Критический ток затвора iGT, требуемый включать транзистор, приводящий к напряжению затвора, равняется соответствующему напряжению затвора vGT. Необходимо установить значение параметра Internal shunt resistor, Rs на вкладке Advanced, чтобы гарантировать, что логический элемент инициировал в iGT, а не для токов меньше тот iGT.

Напряжение катода логического элемента vGT, когда ток затвора равен логическому элементу, инициировало текущий iGT.

Напряжение питания, используемое при заключении в кавычки значений для vGT и iGT.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Нагрузочный резистор, используемый при заключении в кавычки значений для vGT и iGT.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Инициирование dV/dt

Если напряжение анодного катода увеличится быстрее, чем этот уровень, тиристор испытает паразитный поворот - на должном к емкостным эффектам.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Резистор катода логического элемента, используемый при заключении в кавычки критического уровня повышения от напряжения несостояния.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Постоянные времени

Выберите одну из следующих опций:

  • Derive approximate value from gate-controlled turn-on time — Блок вычисляет устройство NPN прямое время транспортировки на основе значений на управляемое логическим элементом время включения и соответствующий ток затвора, который вы задаете.

  • Specify directly — Введите значение непосредственно при помощи параметра NPN device forward transit time.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Время для логического элемента, чтобы повернуться от прочь к на состоянии, когда ток затвора применяется.

Ток затвора, используемый при заключении в кавычки управляемого логическим элементом времени включения. Ток затвора и время включения используется, чтобы вычислить приближенное значение для устройства NPN прямое время транспортировки при условии, что весь входной заряд используется, чтобы повысить напряжение затвора до соответствующего напряжения затвора vGT. Значением по умолчанию является 10 мА.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Derive approximate value from gate-controlled turn-on time для NPN device forward transit time parameterization.

Среднее время для несущих меньшинства, чтобы пересечь основную область с эмиттера на коллектор устройства NPN [1].

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Specify directly для NPN device forward transit time parameterization.

Выберите одну из следующих опций:

  • Set equal to NPN device forward transit time — Блок использует устройство NPN прямое значение времени транспортировки.

  • Specify directly — Введите значение непосредственно при помощи параметра PNP device forward transit time.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by.

Среднее время для несущих меньшинства, чтобы пересечь основную область с эмиттера на коллектор устройства PnP [1].

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для параметра I-V characteristics defined by и Specify directly для PNP device forward transit time parameterization.

Задержка перед устройством начинает включать после шага в токе на логическом элементе от нуля до значения, заданного параметром Gate current for turn-on delay time.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Lookup table для I-V characteristics defined by.

Ток затвора, используемый при измерении времени задержки при включении.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Lookup table для I-V characteristics defined by.

Время это берет для тиристора, чтобы включить полностью после события задержки при включении.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Lookup table для I-V characteristics defined by.

Усовершенствованный

Сопротивление шунта катода логического элемента. Важно установить это значение параметров гарантировать, что логический элемент инициировал в iGT, а не для токов меньше тот iGT. Для получения дополнительной информации смотрите Тиристорный Статический пример Валидации Поведения. Если вы используете тиристор в схеме, где существует внешний резистор катода логического элемента RGK, то обычно эффект RS мал, и это может быть установлено в inf.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для I-V characteristics defined by.

Сопротивление сопоставлено со связью логического элемента. Типичное значение имеет порядок нескольких Ом, и его удар на статические и динамические характеристики мал. Поэтому его точное значение не важно, но его присутствие помогает избежать числовых проблем симуляции, если логический элемент управляется непосредственно источником напряжения. Можно задать любое положительное значение.

Это - продукт NPN, вперед получают BFNPN, и PnP вперед получают BFPNP. Значение должно быть больше один для фиксации, чтобы произойти. Чем меньший значение, тем больше текущая фиксация становится. Однако текущая фиксация, в основном, установлена другими параметрами блоков, и общий доход оказывает только небольшое влияние.

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы выбираете Fundamental nonlinear equations для I-V characteristics defined by.

Примеры модели

Thyristor Static Behavior Validation

Тиристорная статическая валидация поведения

Валидация статического поведения блока Thyristor против его значений маски. Значения маски тесно связаны со значениями таблицы данных, и тиристорный блок использует эти значения, чтобы вычислить, коэффициенты уравнений раньше моделировали его.

Thyristor Dynamic Behavior Validation

Тиристорная динамическая валидация поведения

Валидация динамического поведения блока Thyristor против его значений маски. Значения маски тесно связаны со значениями таблицы данных, и блок Thyristor использует эти значения, чтобы вычислить, коэффициенты уравнений раньше моделировали его. Дважды кликните на каждой из тестовых подсистем для получения дополнительной информации о тестах.

Вопросы совместимости

развернуть все

Поведение изменяется в R2019b

Ссылки

[1] Г. Массобрио и П. Антоньетти. Полупроводниковое моделирование устройства с SPICE. 2-й выпуск, McGraw-Hill, 1993.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

| |

Представленный в R2010b

Документация Simscape Electrical

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте