N-канальный 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-канальный 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 Проводимость в закрытом состоянии. Эта упрощенная модель подходит, когда достаточно приблизительных динамических характеристик, а скорость симуляции имеет первостепенное значение. Подробнее см. в разделе Режим моделирования IGBT на основе событий.

В блоке также возможно моделирование тепловых эффектов, для этого установите флажок Тепловой порт.

Режим моделирования IGBT на основе событий

Используйте режим моделирования на основе событий, когда анализ направлен на понимание общего поведения схемы, а не на проверку точных характеристик синхронизации или потерь IGBT.

Устройство всегда находится в одном из следующих четырех состояний:

Выключено;
Включение;
Включено;
Выключение.

В выключенном состоянии соотношение между током коллектора и напряжением коллектор-эмиттер определяется следующим образом:

Во включенном состоянии соотношение между током коллектора и напряжением коллектор-эмиттер следующее:

При включении напряжение коллектор-эмиттер плавно снижается до нуля за время нарастания, устройство переходит во включенное состояние, когда напряжение падает ниже табличного значения во включенном состоянии. Аналогично при выключении напряжение коллектор-эмиттер плавно повышается за время спада (тока) до заданного значения блокирующего напряжения.

На следующем рисунке показаны результирующие профили напряжения и тока при подключении резистивной нагрузки.

n channel igbt 1

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы использовать тепловой порт H, установите флажок Тепловой порт.

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 Сопротивление Миллера.
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-канальный IGBT блок и умножьте значение параметра Коллекторные токи, 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 Тепловой порт.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Тепловой порт

# Тепловые сопротивления, [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 Тепловая модель значение Модель Кауэра.

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

# Тепловые сопротивления, [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 Тепловая модель значение Модель Кауэра, параметризованная через коэффициенты Фостера.

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

# Теплоёмкости, [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 Тепловая модель значение Модель Кауэра, а для параметра Параметры теплоёмкости значение По теплоёмкости.

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

# Теплоёмкости, [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 Тепловая модель значение Модель Кауэра, параметризованная через коэффициенты Фостера, а для параметра Параметры теплоёмкости значение По теплоёмкости.

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

# Тепловые постоянные времени, [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

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Тепловая модель значение Модель Кауэра, а для параметра Параметры теплоёмкости значение По тепловым постоянным времени.

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

# Тепловые постоянные времени, [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

# Тепловой порт — 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

# Тепловая модель — выбор внутренней тепловой модели
На основе тепловых параметров перехода и корпуса | Модель Кауэра | Модель Кауэра, параметризованная через коэффициенты Фостера | Внешняя

Details

Выберите внутреннюю тепловую модель:

На основе тепловых параметров перехода и корпуса;
Модель Кауэра;
Модель Кауэра, параметризованная через коэффициенты Фостера;
Внешняя.

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

# Тепловые сопротивления переход-корпус и корпус-внешняя среда (или корпус-теплоотвод), [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 Тепловая модель значение На основе тепловых параметров перехода и корпуса.

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

# Параметры теплоёмкости — параметризация теплоемкости
По тепловым постоянным времени | По теплоёмкости

Details

Выберите способ задания теплоемкости:

По тепловым постоянным времени — параметризация теплоемкости в терминах тепловых постоянных времени. Это значение используется по умолчанию.
По теплоёмкости — задание значений теплоемкости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Тепловая модель значение На основе тепловых параметров перехода и корпуса, Модель Кауэра или Модель Кауэра, параметризованная через коэффициенты Фостера.

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

# Теплоёмкости перехода и корпуса, [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 Тепловая модель значение На основе тепловых параметров перехода и корпуса, а для параметра Параметры теплоёмкости значение По теплоёмкости.

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

# Тепловые постоянные времени перехода и корпуса, [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

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

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 Тепловая модель значение Модель Кауэра.

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

Основные

Details

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

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Тепловой порт.

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

# Коллекторные токи, 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 блок N-канальный IGBT 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

# Зависимость напряжений коллектор-эмиттер в открытом состоянии — 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 Тепловой порт.

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

# Напряжения коллектор-эмиттер в открытом состоянии, 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 Тепловой порт.

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

# Сопротивление Миллера — 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

# Проводимость в закрытом состоянии — 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

# Пороговое напряжение затвор-эмиттер, 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 Тепловой порт.

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

# Коллекторные токи для потерь на переключение, 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 Тепловой порт.

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

# Потери при включении, 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 Тепловой порт.

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

# Потери при выключении, 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 Тепловой порт.

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

# Время задержки включения — 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

# Время нарастания тока — 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

# Время задержки выключения — 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

# Время спада тока — 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

# Напряжение выключения для времени нарастания и спада — 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 Тепловой порт.

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

# Напряжение выключения для данных о времени выключения и потерях — 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 Тепловой порт.

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