完整版,IGBT模型总结.pdf

I.IGBT器件模型的研究背景： 实时仿真已经在汽车，航天，电子和机械制造中得到了广泛的应用，其中一个应用最 广泛的就是硬件在回路。在电压型变流器的仿真中，IGBT 的建模是一个很关键的问题。特别 是模型要考虑到非线性的开关特性，电感损耗和反并联二极管的回复特性。 IGBT 的离线仿真模型可以划归为两类：系统级和器件级。 系统级的仿真模型主要包含的是电力电子期间的一些如关断电压，电流谐波 等电气特性，如在MATLAB/SIMULINK 等软件使用的模型。这些工具利用有限元数值计算如梯 形积分公式，建立器件常用的离散模型。通常可以分为以下几个开关模型： .理想模型； . 1 2 开关函数模型； .平均模型。所有三种模型在实时仿真中都有使用，并且通过一些算法在 3 DSP 和 PC 机上实现，如通过自动预测下变流器下一状态来减小仿真时间。虽然，系统级的模 型仿真速度比较快，但是反应器件的非线性不够准确。 器件级的模型中，主要内容包括开关的暂态特性，功率损耗，和器件的发热特性。 SABER 和 SPICE系列软件都是通过有限元数值计算如 Newton--Raphson 或者 Katzenelson方法来实现器 件的非线性特性。器件级的模型十分全面，但是仿真时间较长。通常可以划分为一下三个模 型： .分析模型； .经验模型； .有 1 2 3 限元数值模型。这三种模型由于计算复杂，没有一种运用到实时仿真中。其中，分析模型是 基于器件描述载流子动态的半导体物理特性。在这种模型中，最具代 表的是 Hefner模型和 Kraus模型，并且已经在SABER 和 SPICE中所使用。在动作模型中，IGBT 的相关开关特性通过不同的方法表示出来，并且这种方法已经在离线的仿真工具EMTP 中比 较准确的使用。但是，为了能够在传统的 DSP 上使用，这种模型仍然需要更小的仿真步长。 II.系统级的仿真模型 2.1理想模型 引用来自论文：Behavior-ModeSimulationofPowerElectronicCircuits I 图 1.IGBT的伏安特性曲线 IDSk OnOff 0A 图 2.IGBT的理想开关状态比如，对于三相逆变器来说 +11 “JX 1、3f5 1 **b Tfc, a i।,4^ Vdc. 上 「上 、rj. -।। 3.