绝缘栅双极晶体管(IGBT)的实时仿真研究.pdf

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1、<电气开关》(2010．No．5)21文章编号：1004—289X(2010)05—0021—05绝缘栅双极晶体管(IGBT)的实时仿真研究陈雨林，许军，马晓军，李坤(装甲兵工程学院，控制科学与工程系，北京100072)摘要：在电力电子装置的仿真研究中，大功率高速开关器件，如IGBT、IGCT等，因开关速度快且电磁特性复杂，多被当作理想器件处理。尽管理想化后，其作为开关器件的功能并未丧失，但在高频电路中，器件的开关损耗已不容忽视，这种理想的处理方式忽略了器件开通和关断本身的电磁响应，必然导致仿真的可信度降低。分析了IGBT实时仿真的必要性和难点，并针对IGBT的仿真模型

2、提出以单周期时延法为基础的三条仿真策略，有效地解决了器件实时仿真中的技术难题。关键词：GBT；实时仿真；功能模型；单周期时延法；FPGA中图分类号：TN322．8文献标识码：BStudyonReal—timeSimulationoftheInsulated—gateBipolarTransistor(IGBT)CHENYu—lin，XUJun，MAXiao-jun，uKun(DepartmentofControlEngineering，AcademyofArmoredForceEngineering，Beijing100072))Abstract：Inthesimula

3、tionofpowerelectronicdevices，thehigh—powerswitchingdevices，suchasIGBTandIGCT。havebeentreatedasanidealswitchingdeviceduetoitsfastswitchingcharacteristicsandcomplexelectromagneticchar．acteristics．Althoughtheidealmodelhasthebestswitchingcharacteristics，theswitchinglossesoftherealdeviceworki

4、nginhigh一~equencycannotbeignored．Thisidealapproachignorestheelectromagneticresponseofdeviceinitsswitc—hingprocess，whichdonotconformtotheactualities，andresuhinreducedcredibilityofthesimulation．Thispaperdis—cussedthenecessityanddificultyofreal—timesimulationonIGBT，andthreerelevantmethodson

5、thebaseofsingle—cycle——delayhavebeenproposedaccordingtoasimulationmodeltheexperimentshaveshownthatreal——timesimulationofthedevicecanbequicklyachievedandaccuratelybythemethodsproposedinthispaper．Keywords：IGBT；real—timesimulation；functionalmodel；single—cycle—delay；FPGA转换时间为0。这种处理方式可以满足系统级的

6、行为1引言仿真，但是对于开关器件而言，由于无法表征器件电绝缘栅双极晶体管(IGBT)综合了电力晶体管压、电流的动态变化过程以及逆变器的工作特性和损(GTR)和电力场效应晶体管(MOSFET)的优点，具有耗等，器件各项性能对系统的影响无法获知，从而导致通流能力强、开关速度快等良好特性，广泛应用于仿真结果的可信度降低。因此，只有采取更加细致的PWM转换器、逆变电路等电力电子系统中。正是因为器件仿真，特别是实时仿真，真实反映开关动作瞬间器融合了GTR和MOSFET的结构特征，使得IGBT的电件的电参数变化规律，才能准确预测和评估系统的性磁特性变得异常复杂，器件仿真的难度随之增

7、大，尤其能，从而为器件选型、装置的散热设计提供可靠依据。在实时仿真中。2器件实时仿真的难点为降低仿真的难度，传统的电气系统实时仿真较少考虑高速开关器件对系统的影响，一贯将IGBT作电力电子装置级仿真只需反映出装置或系统的整为理想的开关处理，即认为器件在导通与截止之间的体性能即可，对某一特定器件性能的不予深究，为方便数据处理，甚至可以采用理想化的处理方式。但器件基金项目：基于联合仿真的车辆电传动性能与评估[2009](ZB07号)级仿真，就必须周密考察器件内部的物理结构、功能特<电气开关)(2010．No．5)性以及外部环境对器件工作产生的