基于Simplorer的IGBT模塊建模與仿真

基于Simplorer的IGBT模塊建模與仿真基于Simplorer的IGBT模塊建模與仿真一、IGBT模塊建模過程,以英飛凌IGBT模塊FF400R06KE3為例1、選取高級(jí)模型,如圖1.圖12、根據(jù)IGBT數(shù)據(jù)手冊(cè)查找相對(duì)應(yīng)的參數(shù),具體參數(shù)如圖2所示。該模塊包含兩個(gè)單管,所以單個(gè)IGBT正常工作電壓為300V。圖23、同樣查找、填寫參數(shù),如圖3。圖34、提取文檔中Ic=f(Vge)的圖片,分別提取25?、150?的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖4圖5Ic=f(Vge)擬合曲線與文檔曲線對(duì)比圖5、提取文檔中Ic=f(Vce)的圖片,分別取Vge為13V、15V。圖6圖7Ic=f(Vce)擬合曲線與文檔曲線對(duì)比圖6、提取文檔中If=f(Vf)的圖片,分別提取25?、150?的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖8圖9If=f(Vf)擬合曲線與文檔曲線對(duì)比圖7、隔熱設(shè)置圖108、在文檔中找到對(duì)應(yīng)參數(shù)填入,執(zhí)行后生成測(cè)試電路,如圖11-13.圖11圖12圖13二、IGBT模塊FF400R06KE3模型的電路測(cè)試與應(yīng)用仿真1、自動(dòng)生成的測(cè)試電路如圖14所示,仿真時(shí)間設(shè)置如圖15。圖14圖15圖16柵級(jí)驅(qū)動(dòng)波形圖17Vce電壓圖18開通過程IGBT過電流波形測(cè)試波形證明設(shè)計(jì)的IGBT符合使用要求,并且工作良好,滿足快速性的動(dòng)態(tài)要求,而且可以突出管子內(nèi)部寄生電感電容參數(shù)對(duì)開關(guān)過程的影響?？梢詮亩伍_通的過電流看出。同時(shí),在12us的時(shí)刻IGBT關(guān)斷過程中的電流拖尾現(xiàn)象可以很早地被仿真出來(lái)。2、IGBT雙脈沖測(cè)試電路如圖18所示。其中電源電壓設(shè)置為100V。t0時(shí),門極電壓拉高,VT2飽和導(dǎo)通,電源電壓加到電感上,電感電流線形上升,如圖21所示。T1時(shí)刻,VT2關(guān)斷電感電流通過上管二極管續(xù)流。T2時(shí)刻,第二個(gè)脈沖到達(dá),VT2開通,VT2續(xù)流二極管出現(xiàn)反向恢復(fù),如圖22所示,t2時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)大約為1A的電流尖峰即為反向恢復(fù)電流。其中t0與t2時(shí)刻,觀察IGBT的關(guān)斷過程,由于雜散電感的存在,電流急劇變化會(huì)在管子產(chǎn)生電壓尖峰。實(shí)際應(yīng)用中,IGBT關(guān)斷時(shí)刻的風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于開通時(shí)刻,所以由仿真確定的電壓峰值大小對(duì)實(shí)際應(yīng)用中的管子選型可以提供很大的幫助。圖18IGBT雙脈沖測(cè)試電路圖19柵級(jí)驅(qū)動(dòng)電壓圖20IGBTVT2Vce電壓波形圖21VT2過電流圖22反向恢復(fù)電流尖峰3、電路實(shí)際應(yīng)用仿真,全橋逆變LC諧振升壓電路接高頻變壓器,多應(yīng)用于高電壓小電流的場(chǎng)合,根據(jù)負(fù)載要求選擇變壓器變比。仿真中選擇1:2的變比,直流母線電壓200V。變壓器原變電容電壓如圖25所示穩(wěn)態(tài)是電壓峰值為750V,再通過變壓器升壓到峰值為1500V,如圖24。諧振電流如圖27。圖23逆變LC諧振升壓拓?fù)鋱D24負(fù)載電阻電壓圖25原變電容電壓圖26VT1門極驅(qū)動(dòng)電壓圖27電感電流圖28VT1Vce由圖28可以看出,IGBT在關(guān)斷過程中承受的大電壓原因超過了正常工作電壓的范圍,分析如下,VT1關(guān)斷之前,電流處于反向,如,29黑線所示,電流通過VT1與VT3的反向耳機(jī)管續(xù)流,此時(shí)管電壓為0V,由圖31可見,電容對(duì)電感充電,電感電流反向增大,向電源回饋能量。在0.15ms時(shí)刻,VT1,VT3在門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)下關(guān)斷,VT2、VT4開通,電流完成換流過程,其中流過VT1的電流迅速減小,由于IGBT內(nèi)部寄生電感的影響,由圖31可以看到,在元件電壓產(chǎn)生了非常高的電壓尖峰,仿真數(shù)據(jù)接近為1.75KV,遠(yuǎn)高于IGBT正常工作電壓。所以仿真結(jié)果證明該型號(hào)器件是無(wú)法直接使用的,需要外部增加吸收電路。圖29LC諧振換流過程1圖30LC諧振換流過2圖31IGBT關(guān)斷過程中的電壓尖峰圖32換流過程中的大電流總結(jié):simplorer仿真軟件的器件高級(jí)模型的建立對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中器件的選型以及外部電路的設(shè)計(jì)都具有指導(dǎo)性的意義。本次仿真說明文件以高電壓場(chǎng)合常用的LC諧振升壓拓?fù)錇槔梢哉f明。對(duì)于逆變器輸出電流短時(shí)間大范圍變化的應(yīng)用場(chǎng)合,在實(shí)際使用過程中由于開關(guān)元件內(nèi)部存在寄生電感電容參數(shù)對(duì)器件的外電壓有著巨大的影響,尤其在關(guān)斷過程中很有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常工作電壓