1.模型参数提取
该节所分析的模型的主要参数为:开通各阶段等效输入电容值为C11~C14,关断各阶段等效输入电容值为C21~C24,晶体管电流放大系数为α,拖尾电流时间常数为τ。各参数的确定方法描述如下。
开通、关断各阶段的等效输入电容值与该阶段的持续时间紧密对应。设Ux为该阶段结束时的栅极电压,tx为该阶段的持续时间,由开通关断过程的数学描述公式可计算出该阶段的等效输入电容值Cx。
不妨假设该阶段的栅极电压Uge满足所对应的数学公式的变化规律(其他情况的解答类似),则Cx应满足:
式中,k1、k2、λ1和λ2的含义见前面的公式。该式是Cx的超越方程,可通过数值计算得到Cx的值。
参数α、τ可根据IGBT的关断电流特性获得。其中,α为拖尾初始电流与IGBT通态电流的比值,τ可近似取为
τ=Tt/4 (8-14)
式中 Tt——阳极电流拖尾时间。(www.daowen.com)
从参数确定过程可以看出,与物理模型相比,本模型的参数在IGBT工作状况变化时需要适当地调整。不过在实际使用中,IGBT的工作状况通常比较固定,这些参数变化范围不大,而且开通、关断各阶段的等效输入电容值反映了该阶段的持续时间,调整起来比较容易。
2.模型的实现
采用前面所使用的数学描述,在PSIM下实现上述的IGBT模型。模型分为结构和控制两个模块,如图8-3所示。
图8-3 PSIM下的IGBT模型
1)结构模块:在该模块中,用电压传感器和电流传感器采集IGBT的端电压和门极电流,并作为输入模型参数提供给控制模块使用;接受控制模块的输出,将其作为受控电压源或电流源的控制源,实现对IGBT门极电压和集电极电流的控制。该模块与图8-1的各阶段紧密对应。
2)控制模块:该模块接收结构模块和模型的参数,判断IGBT当前的工作状态,根据前面的公式计算当前工作状态下的门极电压Uge和集电极电流Ic。此模块采用PSIM下的动态连接功能块(DLL模块)完成,它使用C语言编写程序代码,编译成动态连接文件,PSIM在每个仿真步长调用该动态连接文件。动态连接元件接受PSIM的输入变量,进行指定的运算,然后将输出运算结果返回至PSIM。
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