大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真

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PSpice直流仿真(一)

PSpice直流仿真(一)

PSpice直流仿真实践(1)使用PSpice软件最终目的就是对各种电路进行仿真分析。

本章列举了各种模拟电路PSpice仿真实践的例子,读者通过这些例子,可以进一步体会PSpice 的应用特点和强大的电路分析能力。

PSpice可以对以下类型的电路进行仿真分析:直流电路、交流电路、电路的暂态、模拟电子电路、模拟电路、数模混合电路。

一、直流工作点分析语句此语句规定计算并打印出电路的直流工作点(又称直流偏置点)。

这时电路中的电感按短路、电容按开路处理。

设置了该语句,输出文件可打印所有节点电压、所有电压源的电流及电路的直流功耗、所有晶体管各极的电流和电压、非线性受控源的小信号(线性化)参数。

注意:无论输入文件中有无.OP语句,程序在进行直流、交流和暂态分析时,都要自动进行直流偏置点分析。

只是没有.OP语句时,输出文件只打印所有节点电压和所有电压源的电流及电路的直流功耗三项内容。

二、直流扫描分析语句直流分析语句用于对电路作直流分析。

语句在执行过程中,对指定的变量在指定的范围内进行扫描,每给一个变量的扫描点,就对电路进行一次直流分析计算,计算内容是节点电压和支路电流。

直流分析语句可对如下变量进行扫描:●电源:任何独立电压源和独立电流源的电流、电压值均可设为扫描变量。

●模型参数:在.MODEL语句中描述的模型参数均可设为扫描变量。

●温度:设置TEMP作为扫描变量时,对每个扫描变量值,电路元器件的模型参数都要更新为当时温度下的值,所以执行该分析程序就是分析了扫描温度下的电路的直流特性。

●全程参数:扫描变量使用关键字PARAM,后跟参数名。

按照.PARAM的定义,该扫描变量就为全程参数。

说明:对哪个变量扫描,该变量就是自变量,即Probe输出图形的横坐标。

直流分析语句格式:分析语句对变量扫描时有四种扫描方式,它们是:LIN:线性扫描,每一个扫描点和它前后扫描点之间的距离是相等的。

每两个相邻扫描点间的距离为扫描增量。

PSPICE仿真流程

PSPICE仿真流程

PSPICE仿真流程(2013-03—18 23:32:19)采用HSPICE 软件可以在直流到高于100MHz 的微波频率范围内对电路作精确的仿真、分析和优化。

在实际应用中,HSPICE能提供关键性的电路模拟和设计方案,并且应用HSPICE进行电路模拟时,其电路规模仅取决于用户计算机的实际存储器容量。

二、新建设计工程在对应的界面下打开新建工程:2)在出现的页面中要注意对应的选择3)在进行对应的选择后进入仿真电路的设计:将生成的对应的库放置在CADENCE常用的目录中,在仿真电路的工程中放置对应的库文件。

这个地方要注意放置的.olb库应该是PSPICE文件夹下面对应的文件,在该文件的上层中library 中的.olb中的文件是不能进行仿真的,因为这些元件只有.olb,而无网表。

lib。

4)放置对应的元件:对于项目设计中用到的有源器件,需要按照上面的操作方式放置对应的器件,对于电容,电阻电感等分离器件,可以在libraries中选中所有的库,然后在滤波器中键入对应的元件就可以选中对应的器件,点击后进行放置.对分离元件的修改直接在对应的元件上面进行修改:电阻的单位分别为:k m;电容的单位分别为:P n u ;电感的单位分别为:n 及上面的单位只写量级不写单位.5)放置对应的激励源:在LIBRARIES中选中所有的库,然后键入S就可以选中以S开头的库。

然后在对应的库中选中需要的激励源.激励源有两种一种是自己进行编辑、手工绘制的这个对应在库中选择:另外一种是不需要自己进行编辑:该参数的修改可以直接的在需要修改的数值上面就行修改,也可以选定电源然后点击右键后进行对应的修改。

6)放置地符号:地符号就是在对应的source里面选择0的对应的标号.7)直流电源的放置:电源的选择里面应该注意到选择source 然后再选定VDC或者是其它的对应的参考。

8)放置探头:点击对应的探头放置在感兴趣的位置处.6 对仿真进行配置:1)对放置的项目的名称进行设置,也就是设置仿真的名称.2)对仿真进行配置:对仿真的配置主要是对两个对应的选项进行操作,Analysis中的对应操作:这个里面主要对应analysis type 以及的操作,对应扫描频率,需要注意MEG的频率单位.在configuration Files里面要注意category 中应该选择library,在filename 中选择对应的IC的库文件,选定后再选择add as global 按键,然后点击确认就可以了。

基于PSPICE仿真的IGBT功耗计算

基于PSPICE仿真的IGBT功耗计算

伺服技术・SERV O TECHN IQUE基于PSP I CE 仿真的IGBT 功耗计算收稿日期:2003-05-28曹永娟 李强 林明耀(东南大学电气工程系,南京 210096)摘 要:基于PSP I CE 仿真,结合无刷直流电机提出了IGBT 功率损耗的估算方法,研究了IGBT 功率损耗与开关频率和栅极电阻阻值之间的关系。

关键词:功耗;IGBT ;仿真;中图分类号:T P 211.5 文献标识码:A 文章编号:1001-6848(2004)06-0040-02M ethod of esti m a ti ng Power loss of IGBT ba sed on PSP I CE Si m ula tionCAO Yong -juan ,L I Q iang ,L I N M ing -yao(Southeast U niuersity ,N anjing 210096,Ch ina )Abstract :In th is paper .a m ethod of esti m ating pow er lo ss of IGBT based on PSP I CE si m ulati on is p ropo sed ,and the relati ons betw een pow er lo ss of IGBT and s w itch frequency ,gate resistance are p resented .Key words :pow er lo ss ;IGBT ;si m ulati on1 IGB T 电路仿真模型图1所示是三相星形连接的无刷直流电机的全控电路。

T 1,T 2…T 6为6只IGB T 绝缘栅晶体管,S 1,S 2…S 6为6个控制信号。

本电路采用两两导通六状态运行方式,同时PWM 调制采用上桥臂调制下桥臂恒通的调制方式,这样可以降低逆变器的开关损耗。

大功率IGBT的PSPICE仿真模型

大功率IGBT的PSPICE仿真模型

大功率IGBT的PSPICE仿真模型
康劲松;陶生桂
【期刊名称】《电气传动自动化》
【年(卷),期】2002(024)004
【摘要】应用等效模拟的方法建立了大功率IGBT的PSPISE仿真用直流模型和动态模型,并对其进行了直流特性和动态特性的研究。

对照仿真值与器件的实际值相比,所有特性均较吻合,表明此PSPICE仿真模型适用于在工种应用中分析研究大功率IGBT的直流特性和动态特性。

【总页数】4页(P6-8,11)
【作者】康劲松;陶生桂
【作者单位】同济大学电气工程系上海 200331;同济大学电气工程系上海200331
【正文语种】中文
【中图分类】TM921.51;TP391.9
【相关文献】
1.大功率IGBT和IGCT在大功率逆变器中的应用比较 [J], 许鸿文
2.适用于电动汽车的SiC MOSFET PSpice仿真模型研究 [J], 赵波;周哲;徐艳明;李虹;郑琼林
3.大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真 [J], 康劲松;陶生桂;王新祺
4.基于电子电路仿真软件(PSPICE)的MOV全电流仿真模型的建立 [J], 刘艳;张其
林;李祥超
5.用于大功率逆变器的大功率IGBT与硬驱动GTO的比较 [J], S.Bernet;吴茂杉因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真

大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真

电力 电子技 术在 电工 学科 中非 常活跃 , 由于电力 电子 电路 的非线性 时变特性 和网络 拓扑 结构 复杂性 ,
计算机 仿真 对于 电 力 电 子 装 置 的 研 究 、 发 和应 用 有 着 重 要 意 义 . 何 商 品 化 的 电 力 电子 仿 真 软 件 如 开 任 P PC S I E或 S b r a e 等都不 可能 包含 所有 的器 件模 型 , 尤其 是新 型 的 电力 电子 器 件 . 于 电力 电子器 件 的建 对
IB 的特性分析 . G T
关 键 词 : 缘 栅 双 极 型 晶体 管 ;特性 ; 真 ; 型 绝 仿 模 中 图分 类 号 : 2 4 3 U 6 . 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 2 3—3 4 (0 2 0 —0 1 —0 05 7 X 2 0 )6 7 0 5
P SPI m u a i n i CE Si l to n DC n n m i ar c ers i s a d Dy a c Ch a t itc o g wer I fHi h Po GBT
( 济 大 学 沪西 校 区 电 气 工 程 系 , 同 上海 20 3 ) 0 3 1
摘 要 :应 用 等 效 模 拟 的 方 法 建 立 了 I T P P C GB S IE仿 真 的 直 流 模 型 和 动 态 模 型 , 大 功率 I B 的直 流 特 性 和 动 对 G T 态特 性 进 行 了仿 真 分 析 . 型 的 仿 真 值 与 器 件 的实 际 值 相 比 , 有 特 性 均 较 吻 合 , 明 仿 真 模 型 适 用 于 大 功 率 模 所 表
n m i ha a t rs isa esmult d. ompa i g smultd r s lswih t s e u t a lc r c e itc r de t— a c c r ce itc i r ae C r n i a e e u t t e trs ls, l ha a t rs isa e i n i

大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真

大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真

人修正函数F1(VGE)后,IGBT与MOSFET在同一驱动电压特性下建立的相应关系式如下…:
VⅡ(。t)(IG日)F1(VOE)=V@(。t)(MG6FE'T)
(1)
其中:F1(VGE)=(VGS—VGS(血)+VD)/V匹(叫)(IGBT);V旺(叫)为饱和状态下C与E间的电压;vGs为 MOSEFr栅源极间所加电压;VGs(th)为MOSFET阈值电压;VD为二极管的导通压降借助此修正函数, IGBT的特性可修正为对应MOSFET的特性,可由以下二维非线性受控源来实现:
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栅极电压,V a传输特性




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集电楹发射极问电压,v
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围3 IGBT模型的传输特性和输出特性的仿真波形
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现代电力电子技术之igbt建模与仿真

现代电力电子技术之igbt建模与仿真

现代电力电子技术IGBT建模与仿真一、IGBT结构及工作原理自上世纪80年代绝缘栅双极型晶体管(IGBT)问世以来,逐渐取代了晶闸管和功率MOSFET等器件,在中频、中等功率变流领域获得了广泛的应用。

IGBT 克服了功率MOSFET高通态损耗的特性,同时保持了MOSFET门极电压驱动的优点。

IGBT是一种PNPN四层结构的器件,其结构剖面图和等效电路如图(1)所示。

(a) 剖面图(b) 达林顿等效结构图(1)IGBT结构剖面图及等效电路由图(1)(b)可知,IGBT相当于一个MOSFET和一个BJT的混合电路。

当在其栅极施加一个足够大的正向电压时,MOSFET内部将形成沟道,为晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通。

此时由于P+区的空穴注入到N-区产生电导调制效应,能够减小N-区的电阻,从而使IGBT具有较小的通态压降。

二、IGBT工作特性IGBT的工作特性分为静态特性和动态特性两种。

(1)静态特性静态特性描述了稳态情况下IGBT的电流与电压关系,最常用的是其伏安特性和转移特性。

伏安特性指的是在不同的Vge下,Ice与Vce之间的关系,如图(2)左图所示。

转移特性是指集电极电流Ic与栅射电压Uge之间的关系,如图(2)右图所示。

图(2)IGBT的静态特性(2)动态特性动态特性描述了开关过程中IGBT的电压电流随时间变化的关系,分为开通特性和关断特性。

(a)开通过程 (b)关断过程图(3)IGBT的动态特性在开通过程中有两点值得关注:一是电流Ic上升率较快时,快恢复二极管的反向恢复电流将导致Ic出现尖峰,这一尖峰会引起电磁干扰等问题;二是寄生电容Cgc导致Miller效应,使Vge出现Miller平台,增加开通损耗。

在关断过程中,Cgc的分流作用使得在Vce下降过程中同样会出现Miller 平台,增加关断损耗。

此外电流下降过程中,二极管偏置导通将引起电压过冲,导致电磁干扰问题。

由于MOSFET快速关断,PNP双极管中存储的电荷不能及时释放,关断过程中还会有一个较长的拖尾电流,也增加了关断损耗。

完整word版,【20140421】IGBT Spice Model导入与验证

完整word版,【20140421】IGBT Spice Model导入与验证

如何在Pspice导入IGBT Spice Model并仿真验证2014-04-20 1 IGBT模型文件导入已下载IGBT Spice Model文件sgxxxn60.lib,导入到Pspice的步骤如下:1)打开Pspice Model Editor Student,进行模型编辑,如图1所示。

图 1 打开模型编辑2)在模型编辑器的File菜单中选择New。

3)将要导入的模型放在Pspice下的路径C:\Program Files\OrCAD_Demo\Capture\Library\Pspice,如图2,下一步,在Model菜单中选择Import并找到模型文件sgxxxn60.lib,打开。

②①图 2 Import模型文件4)然后创建Capture的元件符号。

模型文件(.lib )处于打开状态时,选择File>Create Capture Parts。

③①②图 3 创建Capture元件符号弹出对话框如图3所示,在Enter Input Model Library点击Browser,选择模型文件,输出元件库会自动出现,但是文件名的扩展名为.olb。

5)点击OK按钮,一个.err文件窗口将打开,显示创建库的状态,检查有无错误提示,在状态窗口点击OK,完成符号文件创建。

2 编辑IGBT器件Pspice符号本节说明怎样用模型文件为模型文件中的器件创建相应的元件符号。

1)打开OrCAD Capture,如图4所示。

图4 启动Capture2)下拉菜单File>Open>Library,浏览创建的符号文件(SGXXXN60.OLB),点击打开,出现PCB 窗口,能看到sgxxxn60库中包含不同的器件,如图5所示。

图5 浏览符号文件.olb3)双击其中某个器件,以SGP02N60为例,出现如图6所示窗口,即为器件的原始生成符号,器件符号上的红线对应管脚,其中GATE为IGBT的栅极,ANO(anode阳极)为IGBT的集电极,KAT(kathode 阴极)为IGBT的发射极。

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栅极电压,V a传输特性




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集电楹发射极问电压,v
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围3 IGBT模型的传输特性和输出特性的仿真波形
cha啾‘盯bna Shnulated transfer and output
waveforms 0f the IGBT DC model
从IGBT的输出特性可以看出其输出电流仅取决于驱动电压.基于这个事实,在截止,区、线性区和饱 和区中描述MOSFET的方程都可在IGBT模型模拟中采用但IGBT的输出特性与MOSFET输出特性 不完全相同,所以必须进行修正.从IGBT的内部结构和特性可得到图2所示的[GBT PSPICE仿真的直 流模型[“图中电压控制电压源£D是为了修正IGBT从线性区过渡到饱和区时的输出特性,电压控制电
电力电子技术在电工学科中非常活跃,由于电力电子电路的非线性时变特性和网络拓扑结构复杂性, 计算机仿真对于电力电子装置的研究、开发和应用有着重要意义.任何商品化的电力电子仿真软件如 PSPICE或Saber等都不可能包含所有的器件模型,尤其是新型的电力电子器件对于电力电子器件的建 模,按描述器件的筒繁程度大致分三种类型:第一类仅描述电力电子器件的开通、关断等基本外部特性,这 类模型包括理想开关模型和双值电阻模型;第二类从器件的外部特性出发,除了描述开通、关断等基本特 性外,还描述器件的开通时间、关断时间等,常设计一个具有该特性的集总参数电路作为模拟器件外部特 性的模型-1“1;第三类描述器件内部的详细物理机理和过程,推导出相应的非线性方程组,其对应的电路 就是器件的模型慢5.本文以文献[1,2]为基础,应用PsPICE仿真软件,从外部特性功能模拟建立了IGBT 的直流模型和动态模型,对400 A/1 200 V IGBT进行了直流特性和动态特性的仿真分析,旨在探索建立 新型大功率电力电子器件模型的方法.
IGBT在开通过程中,太部分时间是作为MOSFET运行的,只有集一射电压Vcz下降过程的后期, PNP晶体管才由放大区转到饱和区开通时间£on由开通延迟时间t d(m)和电流上升时间f,两部分组成, 开通时间约为0.2--0 5∞.在IGBT的关断过程中,由于MOSFET关断后PNP晶体管中存储的电荷难 以迅速消除,造成集电极电流有较长的尾部时间.关断时间t og由关断延迟时间t d(“)和电流下降时间‘i 两部分组成.
第30卷第6期 2002年6月
OF删GJI 同济大学学报
JOURNAL
UNIVERSITY
Vo】30 N(。6 Jun 2f)02
大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真
康劲松,陶生桂,王新祺
(同济大学沪西枝区电气工程系,上悔200331)
摘要:应用等效模拟的方法建立了IGBT PSPICE仿真的直流模型和动态模型,对大功率[GBT的直流特性和动 态特性进行了仿真分析模型的仿真值与器件的实际值相比,所有特性均较吻台,表明仿真模型适用于大功率 IGBT的特性分析
利用非线性电路的等效电流特性取代电容特性,采用等效模拟方法来设置的动态模型比常规复合模型分
析法更接近IGBT的动态特性完整的1GBT动态模型如图4所示.图中:F(m=Fc"(J∞,f。);GB=Gu
(Vl【s,Vh5);HR=HR(,,,h);ED=ED(Vk,k);Fcl=Fa(,h);Fc2=Fc2(Jh);Ho=h1凡,hl=l;
(3) (4)
其中:,c(。)f TG”)为IGBT的饱和电流;FB为BJT正向电流增益;KP为MOSFET跨导系数;VoE为IGBT
的姗极电压;VGs(m】为MOSFET阈值电压.在饱和区,输出晶体管的基极电流相应修改为
/B(NT)=kMosFⅢF2(VGE)
(5j
/B(NJ)由二维受控源GB来实现.在仿真中将jD借助HD转换成电压量VD,对IGBT而言,取VD= HD=,D,输出晶闸管就由二维非线性电压控制电流源GB驱动,关系式为
转移特性是指集电极电流,,与栅极控制电压Vcz之间的关系曲线.它与MOSFET的转移特性相同,
当栅极电压VGE小于阈值电压VGE(th)时,IGBT处于关断状态.在IGBT导通后的大部分集电极电流范围 内,卜与VGB呈线性关系,最高栅极电压受最大集电极电流限制,其最佳取值一般取15 V左右 1.3动态特性
关键词:绝缘栅双板型晶体管;特性;仿真;模型
中围分类号:U 264 3
文献标识码:A
文章编号:0253—374X(2002)06—0710—05
PSPIOE Simulation in DO and Dynamic Characteristics of High Power IGBT
KANGJin—song。7",40 Sheng—gui.WANG崩n—qi
IGBT的静态特性包括输出特性和转移特性IGBT的输出特性是以栅极电压vⅡ为参变量时集电极 电流和集一射电压之间的关系曲线.输出特性可分为饱和区、放大区、截止区和击穿区四部分截止区即正 向阻断区,是由于栅极电压没有达到IGBT的阈值电压VGE(们.放大区输出电流受栅极电压的控制,两者 有线性关系.在饱和区困VDS太小,VGE失去控制作用.在击穿区因Vcs太大,超过击穿电压而不能工作.
GB=VDF2(VOE)
(6)
至此建立了IGBT的,c与VGE之间的关系. 2.1.4直流特性的仿真
为了验证IGBT直流模型,对日本三菱公司生产的CM400HA一24H(400 A/1 200 V)型IGBTL6j进行
了仿真.仿真中的主要参数为:VGs(m)=7 V,V叫Ⅲ)(IGBT)=2.8 V,VD=1 V,IC(mt)(Iif;T)=400A,FB= 100,KP=2.5×10一.仿真的输出特性和传输特性如图3所示,从图中可以看出该直流模型适用于大功率 的IGBT,且通过调整受控源和模型参数可模拟不同公司、不同型号的IGBT
HG=h alg,h2=100;EGS=PIV睁,81=1;Gm=gtV也,gl=1;Em=e2Vds,e2=1;Fj=,llb,^=1
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围4 IGBT的PS;PICE动态模型
Fig.4 Dynamic model for PSIRCE of IGBI
收稿日期:2001—08—31 作者简升:康劲松(1972一),男.山西五台^.工程师,博士生
万方数据
第6期
康劲松,等:大功率IGBT直流特性和动志持性的PSPICE仿真
基区(N一)注入空穴,产生基区电导调制效应,因此IGBT器件的导通压降低,通态损耗等同于双极型晶体 管.
IGBT的开通与关断是由栅极电压来控制的IGBT的开启与MOS器件相同,导通过程非常迅速.当 加正向栅压时,MOS管给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通反之加反向栅压时消除沟道,流过反 向基极电流,MOS管夹断,即PNP管基极开路,IGBT关断 1.2静态特性
流源GB和电流控制电压源/-/D的引入是为了修正IGBT在饱和区的输出特性,电压控制电压源VGt与 v。为零电压源,是为仿真方便引入的
集电极
门极
田l IGBT简化等效电路 F崦.1 Equiv咖nt circuit of IGBT
万方数据
囤2 1GBT的PSPlCE直流模型 Hg.2 DC model for PSPICE of IGBT
【n十咖m of E】∞一d Engineering,Tor吲】Urd啷ity W謦t Campus,Shanghai 200331,ChinaJ
Abstract:13(2 and dynamic models of high power IGBT for PSPICE are presented,13(2 characteristics and dy narnic characteristics are simulated.Comparing simulated results with test results,all characteristics are idend caI So the models can be used in the simulation 0f high power IGBT Key words:insulated gate bipolar transistor;characteristies;simulation;model

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圈5 IGBT动态模型开通波形和关断波形的仿真结果 Simulated turn—OlllⅫd tram—off waveforms of the 1GBT dynmnic model
712
同侪太学学报
第30卷
2 1 1截止区IGBT的输出特性
在截止区IGBT输出电流为0,典型的输出电压值在0.7v到1V之问,它由连接在MOSFET的漏极 与受控源ED问的二极管D来实现,二极管D在反向电压通过IGBT的输出时阻止BJT的集电极电流 2.1.2线性区IGBT的输出特性
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