N-Channel IGBT

N-канальный биполярный транзистор с изолированным затвором.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Semiconductors.IGBT

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Semiconductors & Converters/N-Channel IGBT

Описание

Блок N-Channel IGBT моделирует биполярный транзистор с изолированным затвором (Insulated-gate bipolar transistor, IGBT).

При моделировании используется вольт-амперная характеристика в открытом состоянии как функция напряжения коллектор-эмиттер. В закрытом состоянии (когда напряжение затвор-эмиттер меньше порогового напряжения) IGBT моделируется постоянной Off-state conductance. Эта упрощенная модель подходит, когда достаточно приблизительных динамических характеристик, а скорость симуляции имеет первостепенное значение.

В блоке также возможно моделирование тепловых эффектов, для этого установите флажок Enable thermal port.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы использовать тепловой порт H, установите флажок Enable thermal port.

Используйте тепловой порт для моделирования эффектов генерируемого тепла и температуры устройства.

Допущения и ограничения

Модель, используемая в блоке, основана на следующих предположениях:

Если используется пара IGBT в плече моста, то обычно схема привода затвора не допускает включения одного устройства до тех пор, пока соответствующее устройство не выключится, тем самым реализуя минимальную мертвую зону.
При включении или выключении применяется минимальная ширина импульса. В момент, когда напряжение затвор-коллектор поднимается выше порогового значения, любые последующие изменения напряжения на затворе игнорируются в течение времени, равного сумме задержки включения и времени нарастания тока. Аналогично, в точке, где напряжение затвор-коллектор падает ниже порогового значения, любые последующие изменения напряжения на затворе игнорируются в течение времени, равного сумме задержки выключения и времени спада тока. Эта функция обычно реализуется в схеме привода затвора.
В этой модели не учитывается заряд. Поэтому при выключении индуктивной нагрузки нет хвоста тока.
Репрезентативное моделирование выброса тока при включении индуктивной нагрузки с уже существующим током свободных колебаний требует настройки параметра Miller resistance.
В таблицах потерь при включении используется ток предыдущего 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-за упрощения уравнений, при использовании этого блока можно получить предупреждение о нарушении минимального размера шага. Чтобы избежать этого, настройте свойства решателя.
Если нужно смоделировать несколько N-канальных IGBT параллельно, то используйте один N-Channel IGBT блок и умножьте значение параметра Vector of collector currents, Ic на количество IGBT-устройств, которые нужно смоделировать параллельно, такой подход связан с особенностями расчета напряжения коллектор-эмиттер в этом блоке.

Порты

Ненаправленные

# G — затвор
электричество

Details

Порт, связанный с затвором.

Имя для программного использования

gate

# C — коллектор
электричество

Details

Порт, связанный с коллектором.

Имя для программного использования

collector

# E — эмиттер
электричество

Details

Порт, связанный с эмиттером.

Имя для программного использования

emitter

# H — тепловой порт
тепло

Details

Тепловой порт.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable thermal port.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Основные

Details

Значения температуры, при которых определяются потери на коллекторе-эмиттере и при включении/выключении.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[298.15, 398.15] K`
Имя для программного использования	`T_vector`
Вычисляемый	Да

# Vector of collector currents, Ic — вектор токов коллектора
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA

Details

Ток коллектора, для которого определены напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии. Первый элемент должен быть нулевым.

Чтобы смоделировать несколько N-канальных IGBT параллельно, используйте один N-Channel IGBT блок и умножьте значение этого параметра на количество IGBT-устройств, которые нужно смоделировать параллельно.

Единицы измерения	`A` \| `pA` \| `nA` \| `uA` \| `mA` \| `kA` \| `MA`
Значение по умолчанию	`[0.0, 10.0, 50.0, 100.0, 200.0, 400.0, 600.0] A`
Имя для программного использования	`I_c_vector`
Вычисляемый	Да

# Corresponding on-state collector-emitter voltages — соответствующие напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии
V | uV | mV | kV | MV

Details

Напряжения коллектор-эмиттер, соответствующие вектору токов коллектора. Первый элемент должен быть нулевым.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`[0.0, 1.1, 1.3, 1.45, 1.75, 2.25, 2.7] V`
Имя для программного использования	`V_ce_vector`
Вычисляемый	Да

# Collector-emitter on-state voltages, Vce=fcn(Tj,Ic) — матрица напряжений коллектор-эмиттер в открытом состоянии
V | uV | mV | kV | MV

Details

Напряжение коллектор-эмиттер в открытом состоянии, определяемое как табличная функция от температуры и тока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`[0.0 1.1 1.3 1.45 1.75 2.25 2.7; 0.0 1.0 1.15 1.35 1.7 2.35 3.0] V`
Имя для программного использования	`V_ce_matrix`
Вычисляемый	Да

# Miller resistance — сопротивление Миллера
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Когда устройство включается, оно имеет постоянное по величине сопротивление Миллера, включенное последовательно с требуемым нарастанием напряжения. Это сопротивление представляет собой путь частичной проводимости через устройство во время включения и может быть использовано для соответствия скачку напряжения, наблюдаемому при повторном подключении токопроводящего индуктора и соответствующего диода обратной цепи. Типичное значение в 10-50 раз больше эффективного сопротивления в открытом состоянии.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`0.1 Ohm`
Имя для программного использования	`R_miller`
Вычисляемый	Да

# Off-state conductance — проводимость в закрытом состоянии
S | nS | uS | mS | 1/Ohm

Details

Проводимость, когда устройство находится в закрытом состоянии.

Единицы измерения	`S` \| `nS` \| `uS` \| `mS` \| `1/Ohm`
Значение по умолчанию	`1e-5 1/Ohm`
Имя для программного использования	`G_off`
Вычисляемый	Да

# Gate-emitter threshold voltage, Vge(th) — пороговое напряжение
V | uV | mV | kV | MV

Details

Напряжение затвор-эмиттер должно быть больше этого значения, чтобы устройство включилось.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`6.0 V`
Имя для программного использования	`V_threshold`
Вычисляемый	Да

Потери при переключении

Details

Температуры, при которых табулируются потери при переключении.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[298.15, 398.15] K`
Имя для программного использования	`T_losses_vector`
Вычисляемый	Да

# Vector of collector currents for switching losses, Ic — вектор токов коллектора с коммутационными потерями
A | pA | nA | uA | mA | kA | MA

Details

Ток коллектора, при котором табулируются потери на переключение.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`A` \| `pA` \| `nA` \| `uA` \| `mA` \| `kA` \| `MA`
Значение по умолчанию	`[0.0, 10.0, 50.0, 100.0, 200.0, 400.0, 600.0] A`
Имя для программного использования	`I_c_losses_vector`
Вычисляемый	Да

# Turn-on switching losses, Eon=fcn(Tj,Ic) — матрица потерь энергии при включении
J | mJ | kJ | MJ | mW*hr | W*hr | kW*hr | MW*hr | eV | cal | kcal | Btu_IT

Details

Потери энергии при включении устройства, определяемые как функция температуры и конечного тока включения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`J` \| `mJ` \| `kJ` \| `MJ` \| `mWhr` \| `Whr` \| `kWhr` \| `MWhr` \| `eV` \| `cal` \| `kcal` \| `Btu_IT`
Значение по умолчанию	`[0.0 0.2 1.0 2.0 4.0 8.0 15.0; 0.0 0.3 1.3 2.5 5.0 11.0 18.0].*1e-3 J`
Имя для программного использования	`E_turn_on_losses_matrix`
Вычисляемый	Да

# Turn-off switching losses, Eoff=fcn(Tj,Ic) — матрица потерь энергии при выключении
J | mJ | kJ | MJ | mW*hr | W*hr | kW*hr | MW*hr | eV | cal | kcal | Btu_IT

Details

Потери энергии при выключении устройства, определяемые как функция температуры и конечного тока включения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`J` \| `mJ` \| `kJ` \| `MJ` \| `mWhr` \| `Whr` \| `kWhr` \| `MWhr` \| `eV` \| `cal` \| `kcal` \| `Btu_IT`
Значение по умолчанию	`[0.0 0.3 1.5 3.0 6.0 15.0 25.0; 0.0 0.7 3.3 6.5 13.0 25.0 35.0].*1e-3 J`
Имя для программного использования	`E_turn_off_losses_matrix`
Вычисляемый	Да

Динамика

# Turn-on delay — задержка включения
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Время перед тем, как устройство начинает включение.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.07 us`
Имя для программного использования	`t_D_on`
Вычисляемый	Да

# Current rise time — время нарастания тока
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Время, необходимое для нарастания тока при управлении активной нагрузкой.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.7 us`
Имя для программного использования	`t_R`
Вычисляемый	Да

# Turn-off delay — задержка выключения
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Время перед тем, как устройство начинает выключение.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.2 us`
Имя для программного использования	`t_D_off`
Вычисляемый	Да

# Current fall time — текущее время спада
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Время, необходимое для снижения тока при управлении активной нагрузкой.

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`0.5 us`
Имя для программного использования	`t_F`
Вычисляемый	Да

# Off-state voltage for rise and fall times — напряжение в закрытом состоянии для времени нарастания и спада
V | uV | mV | kV | MV

Details

Напряжение коллектора-эмиттера в закрытом состоянии, используемое при задании времени нарастания и спада.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, снимите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`300.0 V`
Имя для программного использования	`V_measurement`
Вычисляемый	Да

# Off-state voltage for timing and losses data — напряжение в закрытом состоянии для времени нарастания и спада
V | uV | mV | kV | MV

Details

Напряжение коллектора-эмиттера в закрытом состоянии, используемое при задании времени нарастания, спада и данных о потерях.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Единицы измерения	`V` \| `uV` \| `mV` \| `kV` \| `MV`
Значение по умолчанию	`300.0 V`
Имя для программного использования	`V_measurement_T`
Вычисляемый	Да

Тепловой порт

# Enable thermal port — включение теплового порта

Details

Чтобы включить моделирование тепловых эффектов, установите флажок для этого параметра.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`has_thermal_port`
Вычисляемый	Нет

# Thermal network — выбор внутренней тепловой модели
Specify junction and case thermal parameters | Cauer model | Cauer model parameterized with Foster coefficients | External

Details

Выберете внутреннюю тепловую модель:

Specify junction and case thermal parameters;
Cauer model;
Cauer model parameterized with Foster coefficients;
External.

Значения	`Specify junction and case thermal parameters` \| `Cauer model` \| `Cauer model parameterized with Foster coefficients` \| `External`
Значение по умолчанию	`Specify junction and case thermal parameters`
Имя для программного использования	`thermal_network_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Junction-case and case-ambient (or case-heatsink) thermal resistances, [R_JC R_CA] — вектор тепловых сопротивлений
K/W

Details

Вектор [R_JC R_CA] из двух значений теплового сопротивления. Первое значение R_JC — это тепловое сопротивление между переходом и корпусом. Второе значение, R_CA — это тепловое сопротивление между портом H и корпусом устройства.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters.

Единицы измерения	`K/W`
Значение по умолчанию	`[0.0, 10.0] K/W`
Имя для программного использования	`thermal_resistance_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal resistances, [R1 R2 ... Rn] — вектор тепловых сопротивлений для модели Кауэра
K/W

Details

Вектор из значений тепловых сопротивлений представленных элементами Кауэра в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model.

Единицы измерения	`K/W`
Значение по умолчанию	`[1.0, 3.0, 10.0] K/W`
Имя для программного использования	`thermal_resistance_cauer_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal resistances, [R1 R2 ... Rn] — вектор тепловых сопротивлений для модели Фостера
K/W

Details

Вектор из значений тепловых сопротивлений представленных коэффициентами модели Фостера в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model parameterized with Foster coefficients.

Единицы измерения	`K/W`
Значение по умолчанию	`[4.0, 6.0] K/W`
Имя для программного использования	`thermal_resistance_foster_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal mass parameterization — параметризация теплоемкости
By thermal time constants | By thermal mass

Details

Выберете способ задания теплоемкости:

By thermal time constants — параметризация теплоемкости в терминах тепловых постоянных времени. Это значение используется по умолчанию.
By thermal mass — задание значений теплоемкости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters, Cauer model или Cauer model parameterized with Foster coefficients.

Значения	`By thermal time constants` \| `By thermal mass`
Значение по умолчанию	`By thermal time constants`
Имя для программного использования	`thermal_mass_parameterization`
Вычисляемый	Нет

# Junction and case thermal masses, [M_J M_C] — вектор значений теплоемкостей для модели Кауэра
J/K | kJ/K

Details

Вектор [M_J M_C] из двух значений теплоемкости. Первое значение M_J — это теплоемкость перехода. Второе значение, M_C — это теплоемкость корпуса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal mass.

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`[0.0, 1.0] J/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal masses, [M1 M2 ... Mn] — вектор значений теплоемкости для модели Кауэра
J/K | kJ/K

Details

Вектор из значений теплоемкостей, где это количество коэффициентов модели Кауэра в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal mass.

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`[0.1, 0.3, 1.0] J/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass_cauer_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal masses, [M1 M2 ... Mn] — вектор значений теплоемкости для модели Фостера
J/K | kJ/K

Details

Вектор из значений теплоемкостей, где это количество элементов Фостера в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model parameterized with Foster coefficients, а для параметра Thermal mass parameterization значение By thermal mass.

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`[1.5, 3.0] J/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass_foster_vector`
Вычисляемый	Да

# Junction and case thermal time constants, [t_J t_C] — вектор тепловых постоянных времени
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Вектор [t_J t_C] из двух значений тепловых постоянных времени. Первое значение t_J — это тепловая постоянная времени перехода. Второе значение, t_C — это тепловая постоянная времени корпуса.

Зависимости

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`[0.0, 10.0] s`
Имя для программного использования	`thermal_time_constant_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal time constants, [t1 t2 ... tn] — вектор тепловых постоянных времени для модели Кауэра
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Вектор из значений тепловых постоянных времени, где это количество элементов Кауэра в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.

Значение теплоемкости вычисляется как , где , и — теплоемкость, тепловая постоянная времени и тепловое сопротивление для -го элемента Кауэра.

Зависимости

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`[1.0, 3.0, 10.0] s`
Имя для программного использования	`thermal_time_constant_cauer_vector`
Вычисляемый	Да

# Thermal time constants, [t1 t2 ... tn] — вектор тепловых постоянных времени для модели Фостера
s | ns | us | ms | min | hr | d

Details

Вектор из значений тепловых постоянных времени, где это количество коэффициентов модели Фостера в тепловой сети. Все эти значения должны быть больше нуля.

Зависимости

Единицы измерения	`s` \| `ns` \| `us` \| `ms` \| `min` \| `hr` \| `d`
Значение по умолчанию	`[6.0, 18.0] s`
Имя для программного использования	`thermal_time_constant_foster_vector`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор [T_J T_C] из двух значений температуры. Первое значение T_J — это начальная температуры перехода. Второе значение, T_C — это начальная температура корпуса.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Specify junction and case thermal parameters.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[25.0, 25.0] degC`
Имя для программного использования	`T_thermal_mass_vector_start`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор значений температуры. Он соответствует перепаду температур для каждой теплоемкости в модели.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Thermal network значение Cauer model.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[25.0, 25.0, 25.0] degC`
Имя для программного использования	`T_thermal_mass_cauer_vector_start`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор абсолютных значений температуры каждого элемента модели Фостера.

Зависимости

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[25.0, 25.0] degC`
Имя для программного использования	`T_thermal_mass_foster_vector_start`
Вычисляемый	Да