[发明专利]IGBT开关瞬态模型的建立方法

说明书

本发明涉及IGBT开关瞬态模型的建立方法，包含步骤：将开通瞬态分为5个阶段；建立开通关系集合；将关断瞬态分为5个阶段；建立关断关系集合；建立IGBT仿真模型，包含输入模块、采集单元、IGBT瞬态特性计算单元和输出模块；输入模块将外部参数传送给采集单元；采集单元将获取的IGBT外部参数传送给IGBT瞬态特性计算单元；IGBT瞬态特性计算单元进行仿真，并同步将仿真结果传送给输出模块；输出模块仿真结果输出。本发明采用基于IGBT内部相关物理参数的建模方法，建立了一种能够较为精确地表征IGBT开关瞬态电气特性且能用于复杂电路仿真的模型；降低了成本，提高了装置的功率密度；提高了装置的可靠性，减少了安全隐患。

技术领域

本发明涉及电力电子器件建模领域，具体地涉及IGBT开关瞬态模型的建立方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)由于开关速度快、便于控制等优点被广泛应用于电能变换等领域，调查研究显示，在电压等级大于300V，功率等级高于10kW的电力电子装置中，IGBT功率模块已成为使用最为广泛的电力电子开关器件。IGBT开通和关断是一个微秒级的暂态过程，是一个受外部电路和内部诸多参数影响的复杂的非理想、非线性过程，会产生高于其在稳态运行时的电压、电流尖峰。IGBT开通时，并联的续流二极管反向恢复电流产生的电流尖峰可能引起过流；IGBT关断时，由于线路分布的杂散电感等产生的电压尖峰可能会造成过压击穿，甚至最终导致器件甚至装置损毁。因此，IGBT开关过程的瞬态特性尤其是电压、电流尖峰，是进行电力电子相关装置设计时必须考虑的问题。

对IGBT工作特性的精确分析是应用的前提和基础。但由于国内厂商起步较晚，工艺参数等核心数据大多掌握在国外厂家，国内人员难以直接通过有限元等模型来获得IGBT工作特性，无法完全基于数据手册进行建模。

当前在IGBT相关装置的设计任务中，一般有三种做法：采用商业软件自带的理想模型、采用最新的物理模型和传统设计方法。

目前商业软件自带的理想模型的缺点在于：无法准确反映IGBT开关瞬态电气特性。

目前最新的物理模型等虽已取得很多成果，但缺点在于：到目前为止的研究成果均难以用于复杂电路仿真。

当前主流的做法依然是采用传统设计方法，即在设计时采用留有较大裕量的方法，但传统设计方法具有以下缺点：

1.无法实现复杂电路中的器件开关瞬态特性的准确表征和有效仿真，难以对装置的精确设计提供有效的指导。

2.会增加成本、降低装置功率密度。

3.粗犷式设计也给装置的可靠性带来了隐患。

发明内容

本发明针对上述问题，提供IGBT开关瞬态模型的建立方法，建立一种能够较为精确地表征IGBT开关瞬态电气特性且能用于复杂电路仿真的模型。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

IGBT开关瞬态模型的建立方法，适用于复杂电路仿真，包含以下步骤：

S100、将IGBT开通瞬态分为5个阶段，具体包括：开通延迟阶段、电流上升阶段、电压陡降阶段、电压拖尾阶段和栅压上升阶段。

根据IGBT物理模型的主要内部参数，建立在开通瞬态下的开通关系集合；所述开通关系集合包含集射极电压、集射极电流和栅极电压，其中：所述栅极电压控制IGBT的开通；所述集射极电压为IGBT开通过程中集射极两端的电压；所述集射极电流为IGBT开通过程中流过集射极的电流；

将IGBT关断瞬态分为5个阶段，具体包括：关断延迟阶段、电压缓升阶段、电压陡升阶段、电流陡降阶段和电流拖尾阶段。