电力电子开关器件仿真模型比较doc-晶闸管的双三极管模型VIP免费

sRDi1cDu电力电子开关器件仿真模型比较张薇琳张波丘东元褚利丽（广州华南理工大学电力学院，广东广州510640）ModelingofPowerElectronicDevicesZhangWei-lin,ZhangBo,QiuDong-yuan,ChuLi-li(CollegeofElectricEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510640,China)摘要：电力电子开关器件的模型建立一直是一个研究难点，其真实性和精确性是衡量建模的标准。本文对基本电力电子开关器件如二极管、GTO、晶闸管、MOSFET和IGBT的现有仿真模型进行了归纳和总结，并比较了各种器件不同模型之间的优缺点和适用场合，由此为电力电子开关器件的分析提供研究基础。关键字：功率二极管；GTO；晶闸管；MOSFET；IGBT；仿真模型Abstract:Thereisalwaysadifficultyinmodelingofpowerelectronicdevices,withthevalidityandaccuracyasitsjudgment.Thispaperreviewsgenericmodelingapproachesandsimulationsofsomepowerelectronicdevices,includingpowerdiode,GTO,thyristor,MOSFETandIGBT.Theirbasicprinciplesaredescribedandtheirmeritsandlimitationsareremarked,whichprovidesabasisforanalysisofpowerelectronicdevices.Keywords:powerdiode,GTO,thyristor,MOSFET,IGBT,simulationmodel1引言电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。而对电力电子器件的仿真，对于电力电子装置的研究、设计、分析及应用都有重要意义。仿真计算的首要问题是电力电子器件的建模，国内外现已发表多篇论著。目前有两种建模途径，一是从器件内在物理过程出发推导出相应的方程组，其对应的电路就是器件的模型。一是从器件的外部特性出发，设计一个具有该特性的集总参数电路，它就是模拟器件外部特性的模型。前者复杂完善，多用于电路分析，多用于器件的设计和制造。后者较简单，多用于电路分析，尤其是对整个电力电子电路的仿真。本文对常用电力电子器件做了简单的介绍，给出了一般主流电力电子器件的仿真模型和原理，比较了每种器件不同模型之间的优缺点，为深入的理论研究和实际应用打下基础。2功率二极管模型二极管产生于上世纪40年代[1]，是电力电子器件中结构最简单、使用最广泛的一种器件，对改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面都具有非常重要的作用。（1）SPICE中二极管模型SPICE的二极管模型由下式建立U=I⋅RS+n⋅UT⋅ln(1+IIS)（1）式中U为PN结两端的外加电压；I为流过PN结的电流；RS代表半导体体电阻和引线接触电阻；Is为反向饱和电流；n为非理想化因子，其值与I有关，UT是温度的电压当量。SPICE二极管模型由图1表示，电容代表二极管的非线性电容效应，和代表PN结的伏安特性（）。实际定压降模型)(onDuDuDiDiDuVUonD7.0)(实际分段线性模型DiDu)(onDuDiDu)(onuDDR图1SPICE二极管模型（2）定压降模型若考虑二极管的导通电压，忽略二极管的导通电阻，此时二极管的特性曲线如图2（a）所示的两条直线来等效，相应的等效电路如图2（b）。（a）伏安特性（b）等效电路图2二极管定压降模型（3）分段线性模型若考虑二极管的导通电压，并考虑其导通电阻，二极管的伏安特性可以用两段直线逼近，如图3（a），两段直线的交点为导通电压，导通后一段直线的斜率为，称为二极管的导通电阻。二极管分段线性等效模型如图3（b）。(a)伏安特性（b）等效电路图3二极管分段线性模型在上面介绍的几种模型中，以数学模型为基础建立的SPICE模型适合于精确计算与计算机仿真，分段线性模型与定压降模型适合于工程估算分析。2晶闸管模型晶闸管广泛地用于高电压、大容量的电力电子设备中，其性能优劣是设备正常安全运行的关键之一。建立晶闸管模型，进行电路的计算机辅助设计，能够揭示晶闸管在运行中所承受的电应力，指导设备的设计和研制。（1）晶闸管的双三极管模型图4晶闸管双三极管模型当晶闸管加上正向阳极电压，门极也加上足够的门极电压时，则有电流从门极流入Q2管的基极，Q2管导通后，其放大后的集电极电流流入Q1AiORoiAAirR1s1w2wfRKGAK...