电力电子电路计算机辅助设计中的器件模型

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1、维普资讯http://www.cqvip.com《电力电子技术》1991年第2期电力电子电路计算机辅助设计中的器件模型DeviceModelingforCADofPowefElectronicsCircuits陕西机械学院膏■魁旭末陈治明擒翼t讨论了采用SPICE—1分析电力电予电路中的器件横型。提出了简单实甩的晶暇管堆开关模型和GTO模型。舟绍了电力半导体器件横型参数的提取方法，经在PC—XT机上对电力整汽电路进行摸拟得到了验证。Abstract。Inthispapertthedevicemodelsusedinpowerelectro

2、nicscircuitarcdiscussedbylxteansofSPICE—Iandpracticalsimplifiedthyristorquasi—switchingmodelandGT0modelareproposed．Howtoselecttheparametersofpowersemlcon-ductordevicemode1isde*cribed．SimulationofpowerrectifiercircuitisverifiedonaPC—XTcomputer．关蕾词。电力电子器件电路计算机模拟模型一1．是闸管(SCR

3、)模型、弓J曹在电力电子电路的设计中，理论计算比较SCR是电力电子线路中最常用的半导体器繁琐且很难得到准确的计算结果，设计效率也件，对它的模拟可根据要求在以下几种模型中低。美国加州大学开发的SPICE-I模拟程进行选择。序，可使定量分析简化，大大提高设计效率。(1)双三报管模型图la示出SCR的双兰尤其是它可以进行傅里叶分析，因而很适合应极管模型。它将SCR等效为npn和pnp两个管用于电力电子电路的分析。采用SPICE-I对子的复合。在SPICE-I中，可用两个双极型整机在装配前进行优化模拟，可以实现最佳设晶体管的模型卡和电阻卡组成一个

4、子电路来表计和降低产品成本。示。其中，两个三报管模型参数的选定非常重在用SPI(m—I对电力电子电路的分析要，否则不能反映SCR的真实电特性。为此，中，关键问题是确定电力电子器件的等效电路采嗣了将sPIcE_I与相应的模型参数提取程模型和模型参数'下面就此问题进行讨论。序结合使用的方法。=、电力半导体器件的模型在任何电路模拟程序中，半导体器件的电口l特性都是由模型来体现的。模螫的确定和模型参数的选取直接影响到模拟的精度。在SPICE—I中没有现成的电力半导体器件模型卡，只有MOS、JFET和双极型晶体管的模型卡，其中双极型晶体管采用的是G

5、ummuI-Pooh模哿肆型⋯，如何利用G-P模型建立和派生出能够图l反映电力半导体器件电特性的模型结构和模型(a)双三极管模型参数，对能否将SPICE—I应用于电力电子线(b)修正的双兰撅管《c)晶嘲管培扮的l示意围维普资讯http://www.cqvip.com。’月g及月月模型参数便可用双三极管模型来实现．．．一⋯一．-r·’’’I开关功能，其它参数可取空缺值。值得一提的是，在此基础上增加Cj。的选取可使此开关模⋯．一．．⋯-．．．．．型适台于含电感负载电路的模拟。当结处于反：．：i偏时其势垒电容比扩散电容大，对J。结来说，孚l《C

6、il=Cj扩+Cj势，如果增加C3。I(即Ci势)．则反偏时J。结的电容便可增加，而形成工C回-图2适用于SCR的修正双三极管模型路，娟于未达到反向时贮存电感转换的舷图2示出用此模型对峰值电压为1000V，量作胃，如果考虑了cj。，再加上反映d~／dt导通角口=60。的单相整流电路模拟的结果。的Ci。实际上成了准开关模型·，使之适用于模拟时取BFDl=BFD2=5OOV，BFD3=5V。含电感、电容负载的电路。它不仅具有开关模结果表明，正半周达到500~时SCR提前导型运算快的特点，而且还考虑丁SCR的瞬态通

7、负半周达到一500V时出现截

8、波，即SCR反功能，弥补了纯开关模型不错模拟瞬态的不向击穿。由图2可看出，增加3个二极管对晶足，采用这种模型不需要在计算新的电路时重闸管正向转折电压。、反向击穿电压及门极新进行模型参数提取，这对单纯搞线路的设计pn结的反向击穿的模拟是很有用的。如果模型人员使用是很方便的，而且完全可以满足工程参数选择合理，则这种模型就能较好她反映晶设计精度的要求，计算时间也可以大幅度地降闸管的静态特性及dr／dr和荚断时同等瞬态特低。图3示出确定的准开关模型对典型单相半性。在这个网络中，器件的模型参数共有5O多波整流(感性负载)电路模拟的结果。由图可维普资

9、讯http://www.cqvip.com氍电力电子技术》1991年第2朝见，输出电压随时间的变化和电流随时间的变能使相应的器件模型在门板加负脉冲时自行关化与实际情况吻合得很好，这说明该准开关