Скачиваний:
183
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
4.99 Mб
Скачать

MOSFET (канальный полевой униполярный МОП – транзистор)

Назначение: Моделируетканальный полевой униполярный МОП– транзистор (MOSFET).

Библиотека: Power Electronics (силовая электроника)

Описание: Канальный полевой униполярный МОП– транзистор (MOSFET) — полупроводниковое устройство, управляемое сигналом управления (g > 0) если его ток Id – положителен (Id > 0). MOSFET транзистор соединен параллельно с внутренним диодом, который включает, когда на MOSFET транзистор подано обратное напряжение (Vds < 0). MOSFET моделируется как последовательная комбинация резистора (Rt), катушки индуктивности (Lon), соединенные последовательно с переключателем, который управляется логическим сигналом (g > 0 или g=0).

MOSFET транзистор включается, когда напряжение сток-исток положительно, и сигнал управления положителен (g > 0).

Если через MOSFET транзистор протекаетположительный ток, то он выключится, когдасигнал управления станетравным нулю. Если ток Id отрицательный (Id – ток, текущий во внутреннем диоде) и сигнал управления равен нулю (g = 0), MOSFET выключится, когда ток Id станетравным нулю

(Id = 0).

Обратите внимание на то, что во включенном состоянии сопротивление Rt зависитоттока стока:

Rt = Ron, если Id > 0, где Ron представляет типичное значение сопротивления прямой проводимости MOSFET транзистора.

Rt = Rd, если Id < 0, где Rd представляетвнутреннее сопротивление диода.

Блок MOSFET содержитпоследовательную схему демпфирующего устройства Rs-Cs, которая можетбыть соединена параллельно MOSFET транзистору (между узлом d иs).

291

Диалоговое окно ипараметры:

Resistance Ron: Внутреннее сопротивление Ron, в Омах (Ом).

292

Inductance Lon: Внутренняя индуктивность Lon, в генри (Гн). Параметр Inductance Lon (индуктивность Lon) не можетбыть установлен в 0.

Internal diode resistance Rd: Внутреннее сопротивление внутреннего диода, в Омах (Ом).

Initial current Ic: Вы можетопределить начальный ток MOSFET. Он обычно устанавливается равным нулю, чтобы начать моделирование с заблокированным прибором.

Вы можете определить значение начального тока Ic , соответствующее специфическому режиму схемы. Втаком случае всесостояния линейной схемы должны быть установлены соответственно. Инициализация всех состояний силовых электронных преобразователей — сложная задача. Поэтому, этотпараметр полезен только для простых схем.

Snubber resistance Rs: Сопротивление демпфирующего устройства, в Омах (Ом). Установите параметр Snubber resistance Rs (сопротивление демпфирующего устройства Rs) в inf (бесконечность), чтобы убрать демпфирующее устройство из модели.

Snubber capacitance Cs: Емкость демпфирующего устройства в фарадах (Ф). Установите параметр Snubber capacitance Cs (емкость демпфирующего устройства Cs) в 0, чтобы убрать демпфирующее устройство из модели, или на inf (бесконечность), чтобы получить чисто активное демпфирующее устройство.

Входы и выходы:

Первый вход и выход – терминалы MOSFET, соединенные соответственно со стоком (d) и истоком (s). Второй вход (g) – Simulink сигнал управления. Второй выход (m) – Simulink вектор выходных измерений [Id, Vds], возвращающий ток и напряжение MOSFET транзистора.

Допущения и ограничения:

Блок MOSFET (канальный полевой униполярный МОП– транзистор)

— это макромодель реального MOSFET транзистора. Она не учитываетни геометрию устройства, ни сложные физические процессы устройства [1].

Блок MOSFET (канальный полевой униполярный МОП– транзистор) моделируется как источник тока. Он не можетбыть соединен последовательно с катушкой индуктивности, источником тока, или разомкнутой цепью, если схема демпфирующего устройства исключена из модели. Чтобы избежать алгебраического контура, индуктивность Lon блока MOSFET (канальный полевой униполярный МОП– транзистор), не можетбыть равна нулю. Каждая блок MOSFET (канальный полевой униполярный МОП– транзистор) добавляетдополнительный режим (состояние) к электрической модели схемы. См. главу «Расширенные темы» для подробного рассмотрения темы.

293

Схемы, содержащие индивидуальные блоки MOSFET (канальный полевой униполярный МОП– транзистор) не могутбыть дискретизированы. Однако дискретизация разрешается для мостов MOSFET / DIODES, моделируемых с помощью блока Universal Bridge (универсальный мост).

Вы должны использовать жесткий алгоритм интегрирования, чтобы моделировать схемы, содержащие блоки MOSFET (канальный полевой униполярный МОП– транзистор). Ode23tb или ode15s с параметрами по умолчанию обычно даютлучшую скорость моделирования.

Пример:

Следующий пример иллюстрируетиспользование блока MOSFET в нулевом квазирезонансном преобразователе тока. Втаком преобразователе, ток, произведенный Lr-Cr резонансным контуром, течетчерез MOSFET и внутренний диод. Отрицательный ток течетчерез внутренний диод, который выключается при нулевом токе [1]. Частота переключения – 2 МГц, и ширина импульсов – 72 градуса(рабочий цикл: 20 %). Этотпример доступен в файле psbmosconv.mdl.

Rp =1000

 

d

s

 

 

g

m

L r=0 .02 uH

Pu l se

Mo sfe t

 

 

 

 

G e ne rato r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v

+

 

 

C

 

 

 

 

U= 2 4 V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

 

 

0 .03 uF

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

State -pl a ne

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tra j ecto ry

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pulses

I_MOSFET

V_C

I_D iode

Sco pe

Io = 5 A

k m Di o de

a

MOSFET in Ze ro-Curre nt-Quasi-Re sonant Conv erter

 

 

?

 

Doub le click on the More Info butto n (?) for details

 

 

 

 

M ore In fo

294

Запустите моделирование, посмотрите импульсный сигнал управления, ток MOSFET транзистора, напряжение конденсатора и ток диода на четырех графика блока scope (измеритель). Такжепосмотрите траекторию режимплоскость (ток катушки индуктивности в функции напряжения на конденсаторе).

295

Литература

[1] Mohan N., Power Electronic, Converters, Applications and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995.

См. также: Diode (диод), GTO (запираемый тиристор), Ideal Switch (идеальный выключатель), Thyristor (тиристор)

296

Multimeter (мультиметр)

Назначение: Измеряетнапряжения и токи, указанные в диалоговом ок-

не блоков Power System Blockset. Библиотека: Measurements (измерение)

Описание: Блок Multimeter (мультиметр) используется, чтобы измерить напряжения и токи, описанные в диалоговом окне блоков Power System Blockset.

Блоки библиотеки powerlib, внесенные в Таблицу 4-10 имеютспециальный параметр (Measurements (измерения)), который позволяет Вам измерять напряжения и токи блоков. Выбор напряжения или тока в параметре Measurements (измерения) эквивалентен соединению блока измерения тока или напряжения внутри ваших блоков. Измеренный сигнал, можно посмотреть с помощью блока Multimeter (мультиметр), который надо поместить в вашу схему.

Перетащите блок Multimeter в систему верхнего уровня вашей схемы и щелкните дважды на значке, чтобы открыть графический интерфейс пользователя (GUI).

Таблица 4-10: Блоки Power System Blockset с внутренними измерениями

Имя блока

Имя блока

AC Current Source (источник переменного

Parallel RLC Branch (параллельная RLC

тока)

ветвь)

AC Voltage Source (источник переменного

Parallel RLC Load (параллельная RLC на-

напряжения)

грузка)

Controlled Current Source (управляемый

PI Section Line (линии pi секций)

источник тока)

 

Controlled Voltage Source (управляемый

Saturable Transformer (трансформатор,

источник напряжения)

учитывающий насыщение)

DC Voltage Source (источник постоянного

Series RLC Branch (последовательная RLC

напряжения)

ветвь)

Breaker (выключатель)

Series RLC Load (последовательная RLC

нагрузка)

 

Distributed Parameter Line (линия с рас-

Surge Arrester (разрядник для защиты от

пределенными параметрами)

перенапряжений)

Linear Transformer (линейный трансфор-

Three-Phase Transformer (Two and Three

Windings) (трехфазный трансформатор (две

матор)

и три обмотки))

 

Mutual Inductance (взаимоиндуктивность)

Universal Bridge (универсальный мост)

 

 

297

Диалоговое окно ипараметры:

Available Measurements: Поле Available Measurement (доступные из-

мерения) показываетизмерения доступные блоку Multimeter (мультиметр). Используйте кнопку Select (выбрать), чтобы выбрать измерения из поля Available Measurements (доступные измерения). Используйте кнопку Refresh (обновить), чтобы обновить список доступных измерений блока

Multimeter (мультиметр).

Измерения в списке идентифицированы именем блока, где делается измерение. Тип измерения (измерение напряжения, тока, или потока) определен меткой, предшествующей имени блока. Смотри таблицу 4-10 для просмотра доступных измерений.

Selected Measurement: Поле Selected Measurements (выбранные изме-

рения) показываетизмерения, посланные на выход блока. Вы можете упорядочивать измерения, используя, кнопки Up (вверх), Down (вниз), и Remove (удалить). Кнопка +/– позволяет Вам менять полярность любого выбранного измерения.

Display signals at simulation stop: Если выделен, отображаетграфик вы-

бранных измерений, в окне figure (рисунка) MATLAB. График генерируется, после остановки моделирования.

298

Пример:

Следующая схема используетблок Multimeter (мультиметр), чтобы измерить напряжение на вторичной обмотке блока Saturable Transformer (трансформатор, учитывающий насыщение) и токи, текущих через два блока Series RLC Load (последовательная RLC нагрузка).

 

 

 

 

U

Capaitor (V )

 

 

 

 

 

 

 

 

I MOV (A)

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

-K-

U B 2 (pu)

 

 

 

 

 

-

v

 

 

 

 

 

 

 

 

735 kV

 

 

 

 

 

 

Scope1

 

 

 

 

UB2

V>pu

Equivale nt

 

 

 

 

 

1

1

1

1

 

 

 

315 kV

 

 

 

 

 

 

150 km

 

150 km1

 

 

 

Equival ent

 

 

Serie s

 

 

 

 

 

B1

 

Com pensation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vs1

11 0 M var1

 

 

B2

 

Fault

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

11 0 M var2

Z(f)

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im pedance M easurem ent

 

 

 

 

 

 

 

T1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

250M VA / phase

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

735 / 3 15 kV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fault c urrent (A)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Series Compensated Transmission System

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

I mag

T1 (A)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P owergui

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Continuous

 

(Single -Phase)

 

?

 

 

 

 

Mul ti m eter

 

 

 

 

 

 

-K-

 

 

 

 

 

 

 

Scop e2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F lux T1 (pu)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Double click on the Help button (?) for details

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V.s>pu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема доступна в демонстрационном файле psbcompensated.mdl. Блок Multimeter (мультиметр) помещен в модель. Вдиалоговом окне блока 250 MVA, установите параметр Measurements (измерения) в All measurements (V, I, flux) (все измерения), 110 Mvar Branch voltage (напряжение ветви) и 110 Mvar1 Branch voltage and current (напряжение и ток ветви).

Выход Блока Multimeter (мультиметр) соединен с блоком Scope (измеритель), чтобы отображать измерения в течение моделирования. Кроме того, Вы можете также отметить параметр Display signals at simulation stop (отобразить сигналы по окончании моделирования), чтобы отобразить график выбранных измерений, когда моделирование закончится.

Откройте диалоговое окно блока Multimeter (мультиметр), выберите сигналы, которые Вы хотите посмотреть, как объяснено выше. Обратите внимание на то, что метки используютимена блоков. Смотри описание блока Saturable Transformer (трансформатор, учитывающий насыщение) и Series RLC Load (последовательная RLC нагрузка) для просмотра описания этих меток.

Запустите моделирование. После 0.4 секунд, остановите моделирования, откроется окно figure (рисунка) MATLAB, в котором будутотображены выбранные, в блоке Multimeter (мультиметр), измерения.

299

См. также: Voltage Measurement (измеритель напряжения), Current Measurement (измеритель тока)

300