功能型模型的本质是仅考虑器件的外部特性，对于IGCT来说，其外部特性可以从以下几个方面进行考虑。IGCT门极触发采用光信号触发，同时需要门极电路电源，与GTO复杂的门极电路相比明显的简化，甚至比IGBT都要简化。在IGCT仿真中，可以将其门极触发简单处理成一个控制信号，不需要功率输入。因此，考察IGCT的外部特性则只需要考察IGCT的阳极电流和电压。本节所分析的IGCT模型就是采用理想开关、受控电压源和受控电流源等器件模拟IGCT的阳极电压和电流特性。该IGCT模型主要分成四个部分，即：开通和关断延时模拟电路；受控源和理想开关；开通过程瞬态模拟电路和关断瞬态模拟电路。模型结构示意图如图8-13所示，对它们分别进行说明。

1.开通和关断延时模拟电路

虽然，IGCT是门极驱动电路和门极换流晶闸管集成在一起，但是其门极特性可以单独考虑。在变换器设计中，一般认为IGCT工作在额定状态附近，此时IGCT的开通、关断延时时间基本是不变的。在IGCT功能型模型中采用延时和逻辑电路，使IGCT的开通和关断在经过延时后才“真正”执行，模型的子电路如图8-14所示。

2.开通和关断稳态模拟电路

IGCT在彻底导通或者关断的时候，即认为IGCT进入通态或者阻态。在通态时，IGCT的管压降很小，可以认为等于零；进入阻态时，IGCT的阳极电流很小，也可以认为等于零，为了同时兼顾开通和关断时的暂态过程，采用理想开关、逻辑电路和受控电压电流源来模拟，如图8-15所示。

图8-13 IGCT模型结构框图

图8-14 开通关断延时时间模拟

图8-15 开通和关断稳态子电路

其中，S1、S2、S3为理想开关，采用的是双电阻模型，VCVS为压控压源，完全导通的时候输出为零电压，VCCS为压控流源，完全关断的时候输出为零电流，GOn为延时后的开通信号，用来调整两个压控源的作用时间，在开通过程中VCVS作用，在关断时VCCS作用，这就使得此模型中的开通和关断可以分开来模拟，这是以前的子电路法实现的功能模型中所没有的。VSen、ISen为电压电流传感器，用于配合暂态模拟电路。

3.开通暂态过程模拟

此模型的开通和关断可以分开进行模拟，在模拟开通暂态过程中，子电路的输入为IGCT关断时刻的电压和延时后的门极信号，输出为模拟电压值，通过压控压源来模拟IGCT开通时的电压，子电路如图8-16所示。其中，VSen为电压传感器，输出IGCT关断过程中的电压，GOn为延时后的门极信号，VP、VN为VCVS的输入端子，两个端子之间的电压为电容C—on上的电压值，在GOn为1时，此子电路的等效电路为一个二阶电路，其中有

式中 U_c—on0——电容C—on在IGCT刚开通时刻的初始值；

k_vsen——电压传感器的比例系数；

U_off——关断过程时刻的IGCT电压值；

k_Eon——电压控制比例系数。

此时，以电容C_—on上的电压u_c为状态变量的方程为

则可以求出

u_c=Ae^λt os（ω_D +φ）+B（ 8-18）其中(www.daowen.com)

图8-16 开通暂态子电路

由此暂态过程可以模拟IGCT的开通暂态过程，当D<<1，且k_Eon<0.5时，电容C—_n上的电压在稳定后为零，可以满足开通稳态模拟的要求。

4.关断暂态过程模拟

在模拟关断暂态过程中，子电路的输入为IGCT开通过程的电流和延时后的门极信号，输出为模拟电压值，通过压控流源来模拟IGCT关断时的阳极电流，子电路比开通暂态模拟复杂，主要因为IGCT关断时的阳极电流复杂，需要分两时间段分别模拟下降电流和拖尾电流，其模拟子电路如图8-17所示。

其中，ISen为电压传感器，得到IGCT开通过程中的阳极电流，GOff为延时后的门极信号，IP、IN为VCCS的输入端子，两个端子的电压为电容C—off上的电压值。在GOff为1时，此子电路的等效电路为两个二阶电路，其中有

其中，U_{c_off0}为电容C_off在IGCT刚关断时刻的初始值，k_isen为电压传感器比例系数，k_Eoff1和k_Eoff2为电压控制比例系数。由此暂态过程可以模拟IGCT关断暂态过程，在各参数合理取值下，电容C_off上的电压在稳定后为零，可以满足关断稳态模拟的要求。

5.参数求解

开通和关断延时电路、开通和关断稳态电路、开通过程瞬态电路和关断瞬态电路即构成了IGCT的完整的功能型模型，此IGCT模型的关键参数及其意义见表8-6。

图8-17 关断暂态子电路

表8-6 IGCT模型关键参数

以ABB生产的5SHY35L4502型IGCT为例来说明IGCT功能模型的参数计算，该型号IGCT的主要参数见表8-7，其中部分参数是在出品公司一定的电路条件下测得的。可以求得模型参数见表8-8。

表8-7 5SHX08F4502主要参数

表8-8 IGCT模型关键参数数值