電子課程設(shè)計報告-電力電子器件特性仿真分析.doc

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1、淮南師范學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院2015屆電氣工程及其自動化專業(yè)課程設(shè)計報告電子課程設(shè)計報告題 目： 電力電子器件特性仿真分析 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 系 別： 專 業(yè)： 屆 別： 指導(dǎo)教師： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院制2015年5月目錄第一章 仿真軟件介紹1.1簡介31.2功能41.3 特點4第二章 常見電力電子器件及其模型2.1電力電子器件的分類52.2電力電子器件基礎(chǔ)PN結(jié)62.3二極管62.4晶閘管82.5門極可關(guān)斷晶閘管112.6電力場效應(yīng)晶體管132.7絕緣柵雙極型晶體管142.8電力晶體管16第三章 仿真電路與特性分析3.1二極管特性仿真分析183.2晶閘管特性仿真分析193.3門極可關(guān)

2、斷晶閘管特性仿真分析203.4電力場效應(yīng)晶體管特性仿真分析223.5絕緣柵雙極型晶體管特性仿真分析23第四章 總結(jié)及體會24電力電子器件特性仿真分析學(xué)生：指導(dǎo)教師： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 電氣工程及其自動化專業(yè)第一章 仿真軟件介紹1.1簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量

3、的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。MATLAB的SIMULINK是很有特色的仿真環(huán)境，在此環(huán)境中，用戶可以用點擊、拖拉鼠標(biāo)的方式繪制和組織系統(tǒng)或電路，并完成對系統(tǒng)和電路的仿真。早期MATLAB的仿真編程是在文本窗口進(jìn)行的，編制的程序是一行行命令和MATLAB函數(shù)，不直觀，也難于和實際的物理系統(tǒng)或電路建立形象的聯(lián)系。在SIMULINK環(huán)境中，系統(tǒng)的函數(shù)和電路元器件的模型都用方框圖形的模塊表達(dá)，模塊之間的連線則表示了信號流動的方向。對用戶來說，只要學(xué)習(xí)圖形界面的使用方法和熟悉模型庫的內(nèi)容，就可以很方便地使用鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)和電路的仿真，而不必去記那些復(fù)雜的函數(shù)。SIMUL

4、INK系統(tǒng)仿真環(huán)境也稱工具箱，是MATLAB最早開發(fā)的，它包括SIMULINK仿真平臺和系統(tǒng)仿真模型庫兩部分，主要用于仿真以數(shù)學(xué)函數(shù)和傳遞函數(shù)表達(dá)的系統(tǒng)，是20世紀(jì)70年代開發(fā)的連續(xù)系統(tǒng)仿真程序包( CCS)的繼續(xù)，現(xiàn)在的系統(tǒng)仿真(SIMULINK)包括了連續(xù)系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)和離散系統(tǒng)的仿真。由于SIMULINK的仿真平臺使用方便，功能強(qiáng)大，后來拓展的其他模型庫也都共同使用這個仿真環(huán)境，成為MATLAB仿真的公共平臺。SIMULINK是simulation和link兩個英文單詞的縮寫，意思是仿真鏈接，MATLAB模型都在這環(huán)境中使用，從模型庫中提取模型放到SIMULINK的仿真平臺上進(jìn)行仿真，

5、所以有關(guān)SIMULINK的操作是仿真應(yīng)用的基礎(chǔ)。1.2功能Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系

6、統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。1.3 特點SIMULINK作為面向系統(tǒng)框圖的仿真平臺，它

7、具有如下特點： 1)以調(diào)用模塊代替程序的編寫，以模塊連成的方框圖表示系統(tǒng)，點擊模塊即可以輸入模塊參數(shù)。以框圖表示的系統(tǒng)應(yīng)包括輸入（激勵源）、輸出（觀測儀器）和組成系統(tǒng)模塊。 2)系統(tǒng)方框圖畫完，設(shè)置了仿真參數(shù)，即可啟動仿真，這時會自動地完成仿真系統(tǒng)的初始化過程，將系統(tǒng)的框圖轉(zhuǎn)換為仿真的數(shù)學(xué)方程，建立仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并計算系統(tǒng)在給定激勵下的響應(yīng)。 3)系統(tǒng)運行的狀態(tài)和結(jié)果可以通過波形和曲線觀察，這與在實驗室中用示波器觀察的效果幾乎一致。 4)系統(tǒng)仿真的數(shù)據(jù)可以用.mat為后級的文件保存，并且可以用其他數(shù)據(jù)處理軟件處理。 5)如果系統(tǒng)方框圖繪制不完整或仿真過程中出現(xiàn)計算不收斂的情況，會給出一定的出錯

8、提示信息，但是這些提示不一定準(zhǔn)確，這是軟件還不夠完備的地方。 6)以框圖形式仿真控制系統(tǒng)是SIMULINK的最早功能，后來在SIMULINK的基礎(chǔ)上又開發(fā)了數(shù)字信號處理、通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、模糊控制等數(shù)10種模型庫，但是SIMULINK的窗口界面是其他工具箱共用的平臺，在這個平臺上可以進(jìn)行控制系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各種系統(tǒng)仿真。7）SIMULINK中，電力系統(tǒng)模型庫Power System Block在MATLAB6.5以前使用的是version 2版本，MATLAB6.5以后升級為version 3，模塊以電路接口替代了原先的信號接口，使電力電子電路的建模更為方便。本次的電力電子技術(shù)課程

9、設(shè)計我們就是采用仿真軟件Simulink來對一些電力電子器件的特性進(jìn)行仿真分析！第二章 常見電力電子器件及其模型2.1電力電子器件的分類電力電子器件的定義：可直接用于主電路中，實現(xiàn)電能的變換或控制的電子器件。按照器件能夠被控制的程度，分為以下三類：半控型器件（Thyristor）通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。全控型器件（IGBT,MOSFET)通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。不可控器件(Power Diode)不能用控制信號來控制其通斷, 因此也就不需要驅(qū)動電路。按照驅(qū)動電路信號的性質(zhì)，分為兩類：電流驅(qū)動型通過從控制端注入或者抽出電流來實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的

10、控制。電壓驅(qū)動型僅通過在控制端和公共端之間施加一定的電壓信號就可實現(xiàn)導(dǎo)通或者關(guān)斷的控制。按照內(nèi)部導(dǎo)電機(jī)理，分為三類：單極型器件內(nèi)部只有一種帶電粒子參與導(dǎo)電。雙極型器件內(nèi)有電子和空穴兩種帶電粒子參與導(dǎo)電。復(fù)合型由雙極型器件與單極型器件復(fù)合而成的新器件。2.2電力電子器件基礎(chǔ)PN結(jié)N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合后構(gòu)成PN結(jié)。交界處電子和空穴的濃度差別，造成了各區(qū)的多子向另一區(qū)的擴(kuò)散運動，到對方區(qū)內(nèi)成為少子，在界面兩側(cè)分別留下了帶正、負(fù)電荷但不能任意移動的雜質(zhì)離子。這些不能移動的正、負(fù)電荷稱為空間電荷?？臻g電荷建立的電場被稱為內(nèi)電場或自建電場，其方向是阻止擴(kuò)散運動的，另一方面又吸引對方區(qū)內(nèi)的少子（對本區(qū)

11、而言則為多子）向本區(qū)運動，即漂移運動。擴(kuò)散運動和漂移運動既相互聯(lián)系又是一對矛盾，最終達(dá)到動態(tài)平衡，正、負(fù)空間電荷量達(dá)到穩(wěn)定值，形成了一個穩(wěn)定的由空間電荷構(gòu)成的范圍，被稱為空間電荷區(qū)，按所強(qiáng)調(diào)的角度不同也被稱為耗盡層、阻擋層或勢壘區(qū)。PN結(jié)特性1.正向?qū)顟B(tài)即PN結(jié)外加正向電壓時，處于導(dǎo)通狀態(tài)，表現(xiàn)為低阻態(tài)。但維持1V左右的壓降。2.反向截止?fàn)顟B(tài)即PN結(jié)外加反向電壓時，處于截止?fàn)顟B(tài)，表現(xiàn)為高阻態(tài)。但維持有微弱的漏電流流通，也稱反向飽和電流，一般為微安級，幾乎為零。PN結(jié)的單向?qū)щ娦远O管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。3PN結(jié)的電容效應(yīng)：PN結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢

12、壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。2.3二極管類型：雙極型、不可控器件。二極管的基本特征：單向?qū)щ娦?。二極管的主要類型：普通二極管、快恢復(fù)二極管、肖特基二極管。二極管是不可控的單向?qū)щ娦投税雽?dǎo)體器件，二極管模塊的圖標(biāo)和仿真模型如圖3-2和圖3-3所示。模型二極管的單向?qū)щ娦阅苡啥O管邏輯控制，當(dāng)二極管承受正向電壓時( Vak O)，二極管導(dǎo)通，當(dāng)二極管電流下降到零(Iak=O)或承受反向電壓時(VakO)，二極管關(guān)斷。二極管的伏安特性如圖3-4所示。在二極管參數(shù)設(shè)置中，當(dāng)電感參數(shù)為“0”時電阻不能同時取“0”，當(dāng)電阻參數(shù)取“0”時電感參數(shù)也不能同時取“0”。在設(shè)置了門檻電壓Vf時，只有當(dāng)二極管正向電

13、壓大于Vf后，二極管才能導(dǎo)通。在參數(shù)對話框還有初始電流一欄，設(shè)置初始電流可以使電路在非零狀態(tài)下開始仿真，但是初始電流設(shè)置是有條件的，首先是在二極管電感參數(shù)大于0時才能設(shè)定這項參數(shù)，其次是仿真電路的其他儲能元件也設(shè)定了初始值，尤其設(shè)定所有其他相關(guān)儲能元件的初始值是很麻煩的，所以一般都取初始電流為“O”，使電路在零狀態(tài)下開始仿真。模型二極管已并聯(lián)有RC緩沖電路，在緩沖電阻值設(shè)為“inf”，緩沖電容設(shè)為“O”時，則二極管取消了緩沖電路部分。如果在緩沖電阻不為“O”時，設(shè)緩沖電容為“inf”，則是純電阻的緩沖電路。MATLAB的二極管沒有普通二極管、電力二極管、快恢復(fù)二極管等等的區(qū)分，統(tǒng)一為一個模型，

14、不同二極管只能在參數(shù)設(shè)置上略有反應(yīng)。1.靜態(tài)特性（電力二極管伏安特性圖）主要指其伏安特性當(dāng)電力二極管承受的正向電壓大到一定值（門檻電壓UTO），正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對應(yīng)的電力二極管兩端的電壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時，只有少子引起的微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。2. 動態(tài)特性因結(jié)電容的存在，三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換必然有一個過渡過程，此過程中的電壓電流特性是隨時間變化的。3. 開關(guān)特性反映通態(tài)和斷態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程。4. 關(guān)斷過程須經(jīng)過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖

15、。 2.4晶閘管類型：雙極型、電流控制、半控型器件。晶閘管的工作特性：承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。晶閘管(Thyristor)俗稱硅晶體閘流管。晶閘管通常有普通晶閘管、雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管和快速晶閘管等。普通晶閘管也叫可控硅，用SCR表示，國際通用名稱為Thyristor簡稱T。晶閘管是可控整流電路常用的器件，在模型庫中晶閘管模型有兩種（見圖3-5），一種是較詳細(xì)的模型，其模型名為Detailed Thyristor，它的可設(shè)置參數(shù)較多；另一種是簡化的模型，模型名為Thyristor，它的參數(shù)設(shè)置較簡單。晶閘管的

16、模型結(jié)構(gòu)和伏安特性分別如圖3-6和圖3-7所示。晶閘管內(nèi)部是一種四層（P、N、P、N）結(jié)構(gòu)，對外呈三端（A、G、K）大功率半導(dǎo)體器件，它有三個PN結(jié)：J1、J2、J3。其外形有平板形和螺栓形。三個引出端分別叫做陽極A、陰極K和門極G，門極也叫控制級。由晶閘管的結(jié)構(gòu)可知，晶閘管是一種四層三端器件，有J1、J2、J3三個PN結(jié).當(dāng)把中間的N1和P2分為兩部分，則可構(gòu)成一個NPN型晶體管和一個PNP型晶體管的復(fù)合管，晶閘管的三個PN結(jié)可等效看成由兩個晶體管V1(P1-N1-P2)與V2(N1-P2-N2)組成。晶閘管模型在晶閘管承受正向電壓(VakO)，且門極有正的觸發(fā)脈沖信號(gO)時晶閘管導(dǎo)通。

17、觸發(fā)脈沖的寬度要使陽極電流Iak能大于設(shè)定的晶閘管擎住電流I1，晶閘管才能正常導(dǎo)通，否則在導(dǎo)通過程中，如果在陽極電流還小于擎住電流時，門極信號已經(jīng)為零(g=O)，則晶閘管仍要轉(zhuǎn)向關(guān)斷。 導(dǎo)通的晶閘管在陽極電流下降到零(Iak =O)，或者晶閘管承受反向電壓時，晶閘管關(guān)斷，但是晶閘管承受反向電壓的時間應(yīng)大于設(shè)置的關(guān)斷時間Tq，否則盡管門極信號為零，晶閘管還可能導(dǎo)通，因為關(guān)斷時間是表示晶閘管內(nèi)載流子復(fù)合的時間，是晶閘管陽極電流減少為零后到晶閘管能再次施加正向電壓而不會誤導(dǎo)通的一段時間間隔。晶閘管模型的導(dǎo)通和關(guān)斷與實際的物理晶閘管有差別，一是只要門極信號大于零，同時滿足正向電壓條件，晶閘管就能導(dǎo)通；

18、二是陽極電流下降到零(lak =O)后，晶閘管才能關(guān)斷，而不是陽極電流下降到維持電流以下晶閘管就關(guān)斷。晶閘管的簡單模型沒有擎住電流和關(guān)斷時間這兩項參數(shù)，因此在較復(fù)雜的電路仿真中使用較為方便。關(guān)于初始電流、緩沖電阻和緩沖電容的設(shè)置要求與二極管相同。含晶閘管模型的電路仿真，仿真算法宜采用Ode23tb或Ode15s。額定電壓：取晶閘管的UDRM和URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓。通態(tài)平均電流 IT(AV）：在環(huán)境溫度為40C 和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。維持電流 IH ：使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。擎住電流 IL ：晶閘管剛從

19、斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)并移除觸發(fā)信號后，能維持導(dǎo)通所需的最小電流。對同一晶閘管來說，通常IL約為IH的24倍。浪涌電流ITSM：指由于電路異常情況引起的并使結(jié)溫超過額定結(jié)溫的不重復(fù)性最大正向過載電流。晶閘管的派生器件：快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、光控晶閘管。2.5門極可關(guān)斷晶閘管類型：雙極型、電流控制、全控型器件。門極可關(guān)斷晶閘管的工作特性：導(dǎo)通條件與晶閘管一樣。不同之處在于可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷?？申P(guān)斷晶閘管( GTO)與普通晶閘管的區(qū)別是可以通過門極信號在任何時間使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，其圖標(biāo)如圖3-8所示。門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-Off ThyristorGTO）

20、是在普通晶閘管的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是晶閘管的一種派生器件。從結(jié)構(gòu)上看通常它有三個極：陽極（A）、陰極（K）和門極（G）。門極可關(guān)斷晶閘管通斷方便，是一種大功率無觸點開關(guān)，它是逆變電路中的主要開關(guān)元件，廣泛用在中小容量變頻器中。但由于受到反向關(guān)斷及工作頻率的限制，門極可關(guān)斷晶閘管正被新型的大功率晶體管GTR所取代，但是在大容量變頻器，GTO以其工作電流大，耐壓高的特性，仍得到普遍應(yīng)用。GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。但是MATLAB的可關(guān)斷晶閘管模型，在導(dǎo)通和關(guān)斷的控制要求上與實際的可關(guān)斷晶閘管有較大不同，可關(guān)斷晶閘管模型在管子承受正向電壓

21、，且門極信號大于零(gO)時導(dǎo)通，在門極信號等于零(g=O)時關(guān)斷。實際的物理可關(guān)斷晶閘管在一旦導(dǎo)通后門極信號可以為零，管子仍保持導(dǎo)通狀態(tài)，而關(guān)斷時需要在門極有足夠的反抽電流才能關(guān)斷。模型的關(guān)斷過程分為兩段，一段是下降時間Tf，一段是電流的拖尾時間Tt。在電流的下降時間內(nèi)，電流減小到關(guān)斷時電流的10%，再經(jīng)過一段拖尾時間，電流才下降為零，電流的下降時間和拖尾時間可以在參數(shù)中設(shè)置?？申P(guān)斷晶閘管的模型和開關(guān)特性分別如圖3-9和圖3-10所示可關(guān)斷晶閘管模型也已經(jīng)并聯(lián)了RC緩沖電路，緩沖電路的設(shè)置與二極管模型相同。帶可關(guān)斷晶閘管模型的電路仿真，仿真算法同樣宜采用Ode23tb或Ode15s。與普通晶

22、閘管一樣，可以用下圖所示的雙晶體管模型來分析。由P1N1P2和N1P2N2構(gòu)成的兩個晶體管V1、V2分別具有共基極電流增益1和2。1+2=1是器件臨界導(dǎo)通的條件。1.導(dǎo)通條件在門極和陰極之間加一正向電壓，即：G（）、K（），GTO導(dǎo)通。2.關(guān)斷條件可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷，在門極和陰極之間加一反向電壓， G（）、K（），GTO關(guān)斷。最大可關(guān)斷陽極電流IATO：GTO的額定電流。電流關(guān)斷增益off：最大可關(guān)斷陽極電流與門極負(fù)脈沖電流最大值IGM之比稱為電流關(guān)斷增益。（off一般很小，只有5左右，這是GTO的一個主要缺點）。2.6電力場效應(yīng)晶體管類型：單極型、電壓控制型器件。電力場效

23、應(yīng)晶體管的工作特性：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零時截止，柵源極間加正電壓時導(dǎo)通。電力場效應(yīng)晶體管(MOSFET)具有開關(guān)頻率高、導(dǎo)通壓降小等特點，在電力電子電路中使用廣泛。場效應(yīng)晶體管一般有結(jié)型和絕緣柵型兩種，MATLAB的場效應(yīng)晶體管模型并不區(qū)分這兩種模型，也沒有P溝道和N溝道之分，它僅僅反映了場效應(yīng)晶體管的開關(guān)特性，是場效應(yīng)晶體管通用的宏模型。電力場效應(yīng)晶體管模型的圖標(biāo)如圖3-11所示，結(jié)構(gòu)和外特性如圖3-12和圖3-13所示。場效應(yīng)晶體管模型在門極信號為正(g0)，且漏極電流ID O時導(dǎo)通，在門極信號為零時關(guān)斷。場效應(yīng)晶體管模型上反并聯(lián)了一個二極管，因此在外特性上，正向?qū)顟B(tài)的導(dǎo)

24、通電阻是Ron，而外特性中的反向?qū)ㄊ嵌O管導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻是二極管的電阻Rd。參數(shù)中的緩沖電阻和緩沖電容的參數(shù)設(shè)置與二極管相同。漏極電壓UDS:電力MOSFET的電壓定額。漏極直流電流ID：電力MOSFET的電流定額。開啟電壓UT：使器件開通所需加在柵源間的最小電壓。柵源電壓UGS：|UGS|20V將導(dǎo)致絕緣層擊穿。2.7絕緣柵雙極型晶體管類型：復(fù)合型、電壓控制型器件。絕緣柵雙極晶體管的工作特性：驅(qū)動原理與電力MOSFET基本相同，場控器件，通斷由柵射極電壓UGE決定。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)結(jié)合了場效應(yīng)晶體管和電力晶體管的優(yōu)點，具有驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快、通流能力強(qiáng)的特點，目前已經(jīng)成為

25、中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。IGBT的模塊有兩個：一個是并聯(lián)緩沖電阻和電容的模型（見圖3-14a），一個是反并聯(lián)二極管的模型(見圖3-14b)。絕緣柵雙極型晶體管模型和外特性如圖3-15和圖3-16所示。IGBT模型在集射極間電壓為正(VceO)，且有門極信號(gO)時導(dǎo)通；即使集射極間電壓為正( Vce O)，但是門極信號為零(g=O)，IGBT也要關(guān)斷。如果IGBT集射極間電壓為負(fù)( Vce BUcex BUces BUcer BUceo。實際使用時，最高工作電壓要比BUceo低得多。第三章 仿真電路與特性分析3.1二極管特性仿真分析二極管特性測試仿真電路從仿真的結(jié)果我們可以看出二極管

26、的基本特性：單向?qū)щ娦约闯惺苷螂妷簞t開通，承受反向電壓則關(guān)斷。二極管特性測試仿真結(jié)果3.2晶閘管特性仿真分析晶閘管特性測試仿真電路晶閘管特性測試仿真結(jié)果從仿真的結(jié)果我們可以看出晶閘管正常工作時的基本特性：承受反向電壓時，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會導(dǎo)通。承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。要使晶閘管關(guān)斷，只能使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。3.3門極可關(guān)斷晶閘管特性仿真分析門極可關(guān)斷晶閘管特性測試仿真電路門極可關(guān)斷晶閘管特性測試仿真結(jié)果從仿真的結(jié)果我們可以看出門極可關(guān)斷晶閘管的基本工作特性：開通控制方式與晶閘管相似，

27、但是可以通過在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。3.4電力場效應(yīng)晶體管特性仿真分析電力場效應(yīng)晶體管特性測試仿真電路電力場效應(yīng)晶體管特性測試仿真結(jié)果從仿真的結(jié)果我們可以看出電力場效應(yīng)管的基本工作特性：柵源間加驅(qū)動電壓則導(dǎo)通，去除驅(qū)動電壓則關(guān)斷。3.5絕緣柵雙極型晶體管特性仿真分析絕緣柵雙極型晶體管特性測試仿真電路絕緣柵雙極型晶體管特性測試仿真結(jié)果從仿真的結(jié)果我們可以看出絕緣柵雙極型晶體管的基本工作特性：柵射間加驅(qū)動電壓則導(dǎo)通，去除驅(qū)動電壓則關(guān)斷。第四章 總結(jié)及體會此次的課題設(shè)計運用MATLAB中的Simulink仿真對一些常見的電力電子器件仿真從而分析對比該器件的基本特性。由于專業(yè)的要求，當(dāng)初我們學(xué)

28、習(xí)MATLAB時并沒有深入了解Simulink功能及運用。所以當(dāng)接手該課題時又從頭開始對Simulink的模塊功能進(jìn)行認(rèn)識和學(xué)習(xí)，并在對課題仿真的過程中得到鍛煉和加強(qiáng)！ 通過本次課程設(shè)計，在仿真實驗的基礎(chǔ)上對電力電子器件的一些基本特性有了更深一層的認(rèn)識，從仿真的結(jié)果直觀的觀測出元器件的工作原理與特性，從而有別于以往的書本上的對于知識的學(xué)習(xí)與認(rèn)知！在對元器件的作用和選擇，如何構(gòu)成仿真電路，仿真參數(shù)的設(shè)置，有了一個初步的了解。采用Matlab/Simulink仿真分析，避免了常規(guī)分析方法中繁瑣的繪圖和計算過程，得到了一種直觀、快捷分析電路的新方法。任何的學(xué)習(xí)過程難免出現(xiàn)困難，對于仿真中出現(xiàn)的一些問題也通過查閱書籍，網(wǎng)絡(luò)查找等一點點的解決。然而更多的確是在摸索中進(jìn)步，例如在晶閘管的特性仿真分析中，得到的仿真結(jié)果卻與書本上的結(jié)果大相徑庭，于是逐個改變元器件的設(shè)置參數(shù)，通過參數(shù)的變化去觀察仿真結(jié)果隨參數(shù)的變化情況，而在對后面的元器件仿真再遇到相同問題時便可快速解決或查找出問題原因所在！ 然而本次的最大收獲就是從零到會的在短時期內(nèi)自己摸索學(xué)會使用一種學(xué)習(xí)工具，人因為會使用工具而有別于一般的動物！學(xué)習(xí)遠(yuǎn)比頹廢更讓自己幸福！26