Документация Engee

N-Channel IGBT

Страница в процессе разработки.

N-канальный биполярный транзистор с изолированным затвором.

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

Main

# Vector of temperatures, Tj — вектор температур
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию

[298.15, 398.15] K

Имя для программного использования

T_vector

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

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.

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

# Corresponding on-state collector-emitter voltages — соответствующие напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии
V | 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.

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

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

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

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

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.

Значение по умолчанию

0.1 Ohm

Имя для программного использования

R_miller

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

Details

Проводимость, когда устройство находится в закрытом состоянии.

Значение по умолчанию

1e-5 1/Ohm

Имя для программного использования

G_off

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

Details

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

Значение по умолчанию

6.0 V

Имя для программного использования

V_threshold

Switching Losses

# Vector of temperatures for switching losses, Tj — температура потерь при переключении
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

Температуры, при которых табулируются потери при переключении.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

Значение по умолчанию

[298.15, 398.15] K

Имя для программного использования

T_losses_vector

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

Details

Ток коллектора, при котором табулируются потери на переключение.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

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

# Turn-on switching losses, Eon=fcn(Tj,Ic) — матрица потерь энергии при включении
Btu_IT | J | MJ | MWh | Wh | eV | kJ | kWh | mJ | mWh

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

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

# Turn-off switching losses, Eoff=fcn(Tj,Ic) — матрица потерь энергии при выключении
Btu_IT | J | MJ | MWh | Wh | eV | kJ | kWh | mJ | mWh

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable thermal port.

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

Dynamics

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

Details

Время перед тем, как устройство начинает включение.

Значение по умолчанию

0.07 us

Имя для программного использования

t_D_on

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

Details

Время, необходимое для нарастания тока при управлении активной нагрузкой.

Значение по умолчанию

0.7 us

Имя для программного использования

t_R

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

Details

Время перед тем, как устройство начинает выключение.

Значение по умолчанию

0.2 us

Имя для программного использования

t_D_off

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

Details

Время, необходимое для снижения тока при управлении активной нагрузкой.

Значение по умолчанию

0.5 us

Имя для программного использования

t_F

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

Значение по умолчанию

300.0 V

Имя для программного использования

V_measurement

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

Значение по умолчанию

300.0 V

Имя для программного использования

V_measurement_T

Thermal Port

# 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

# 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.

Значение по умолчанию

Specify junction and case thermal parameters

Имя для программного использования

thermal_network_parameterization

# 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.

Значение по умолчанию

[0.0, 10.0] K/W

Имя для программного использования

thermal_resistance_vector

# 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.

Значение по умолчанию

[1.0, 3.0, 10.0] K/W

Имя для программного использования

thermal_resistance_cauer_vector

# 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.

Значение по умолчанию

[4.0, 6.0] K/W

Имя для программного использования

thermal_resistance_foster_vector

# 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.

Значение по умолчанию

By thermal time constants

Имя для программного использования

thermal_mass_parameterization

# 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.

Значение по умолчанию

[0.0, 1.0] J/K

Имя для программного использования

thermal_mass_vector

# 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.

Значение по умолчанию

[0.1, 0.3, 1.0] J/K

Имя для программного использования

thermal_mass_cauer_vector

# 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.

Значение по умолчанию

[1.5, 3.0] J/K

Имя для программного использования

thermal_mass_foster_vector

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

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

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 time constants.

Значение по умолчанию

[0.0, 10.0] s

Имя для программного использования

thermal_time_constant_vector

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

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

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

Значение по умолчанию

[1.0, 3.0, 10.0] s

Имя для программного использования

thermal_time_constant_cauer_vector

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

Details

Вектор из значений тепловых постоянных времени, где это количество коэффициентов модели Фостера 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

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 time constants.

Значение по умолчанию

[6.0, 18.0] s

Имя для программного использования

thermal_time_constant_foster_vector

# Junction and case initial temperatures, [T_J T_C] — вектор начальных температур
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

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.

Значение по умолчанию

[25.0, 25.0] degC

Имя для программного использования

T_thermal_mass_vector_start

# Thermal masses initial temperatures, [T1 T2 ... Tn] — вектор начальных температур для модели Кауэра
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

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.

Значение по умолчанию

[25.0, 25.0, 25.0] degC

Имя для программного использования

T_thermal_mass_cauer_vector_start

# Initial node temperatures, [T1 T2 ... Tn] — вектор начальных температур для модели Фостера
K | degC | degF | degR | deltaK | deltadegC | deltadegF | deltadegR

Details

Вектор абсолютных значений температуры каждого элемента модели Фостера.

Зависимости

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

Значение по умолчанию

[25.0, 25.0] degC

Имя для программного использования

T_thermal_mass_foster_vector_start