晶闸管
实现晶闸管模型
库
基础模块/电力电子
Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Power Electronics
描述
晶闸管是一种可通过门极信号导通的半导体器件。晶闸管模型被模拟为一个电阻 Ron、一个电感 Lon 和一个代表正向电压 Vf 的直流电压源，它们与一个开关串联。该开关由一个取决于电压 Vak、电流 Iak 和门极信号 g 的逻辑信号控制。
晶闸管模块还包含一个串联的 Rs-Cs 缓冲电路，该电路可以与晶闸管器件并联。
该模型的静态伏安特性如下图所示。
当阳极-阴极电压 V 大于 Vf 且在门极输入端施加正脉冲信号（g > 0）时，晶闸管器件导通。脉冲高度必须大于 0，并且持续时间足够长，以使晶闸管阳极电流大于擎住电流 Il。
当流过器件的电流变为 0（Iak = 0）且阳极和阴极之间出现负电压的时间至少等于关断时间 Tq 时，晶闸管器件关断。如果在小于 Tq 的时间段内器件两端的电压变为正，即使门极信号为低电平（g = 0）且阳极电流小于擎住电流，器件也会自动导通。此外，如果在导通期间，器件电流幅值保持在对话框指定的擎住电流水平以下，则在门极信号电平变为低电平（g = 0）后，器件将关断。
关断时间 Tq 代表载流子恢复时间：它是阳极电流下降到 0 的时刻与晶闸管能够承受正向电压 Vak 而不会再次导通的时刻之间的时间间隔。
参数
晶闸管模型和详细晶闸管模型
为了优化仿真速度，提供了两种晶闸管模型：晶闸管模型和详细晶闸管模型。对于晶闸管模型，擎住电流 Il 和恢复时间 Tq 被假定为 0。
电阻 Ron
晶闸管内阻 Ron，单位为欧姆（Ω）。默认值为 0.001。当电感 Lon 参数设置为 0 时，电阻 Ron 参数不能设置为 0。
电感 Lon
晶闸管内电感 Lon，单位为亨利（H）。对于晶闸管模块，默认值为 0；对于详细晶闸管模块，默认值为 1e–3。除非电阻 Ron 参数设置为 0，否则电感 Lon 参数通常设置为 0。
正向电压 Vf
晶闸管的正向电压，单位为伏特（V）。默认值为 0.8。
初始电流 Ic
当电感 Lon 参数大于 0 时，可以指定流过晶闸管的初始电流。通常将其设置为 0，以便在晶闸管阻断状态下开始仿真。默认值为 0。
可以指定一个与电路特定状态相对应的初始电流 Ic 值。在这种情况下，线性电路的所有状态都必须相应设置。初始化电力电子变换器的所有状态是一项复杂的任务。因此，此选项仅适用于简单电路。
缓冲电阻 Rs
缓冲电阻，单位为欧姆（Ω）。默认值为 500。将缓冲电阻 Rs 参数设置为 inf 可从模型中移除缓冲电路。
缓冲电容 Cs
缓冲电容，单位为法拉（F）。默认值为 250e-9。将缓冲电容 Cs 参数设置为 0 可移除缓冲电路，或设置为 inf 可获得电阻性缓冲电路。
显示测量端口
如果选中，则为模块添加一个 Simulink 输出，返回晶闸管电流和电压。默认选中。
擎住电流 Il
详细晶闸管模型的擎住电流，单位为安培（A）。默认值为 0.1。此参数是详细晶闸管模块特有的。
关断时间 Tq
详细晶闸管模型的关断时间 Tq，单位为秒（s）。默认值为 100e–6。此参数是详细晶闸管模块特有的。
输入和输出
g
用于控制晶闸管门极的 Simulink 信号。
m
模块的 Simulink 输出是一个包含两个信号的向量。可以使用 Simulink 库中提供的总线选择器模块对这些信号进行解复用。
| 信号 | 定义 | 单位 |
|---|---|---|
| 1 | 晶闸管电流 | A |
| 2 | 晶闸管电压 | V |
假设和限制
晶闸管模块实现了真实晶闸管的宏模型。它没有考虑器件的几何形状，也没有考虑模拟器件行为的复杂物理过程 [1, 2]。该模型未考虑正向转折电压和再施加阳极-阴极电压的临界变化率。
根据电感 Lon 的值，晶闸管模块被建模为电流源（Lon > 0）或可变拓扑电路（Lon = 0）。除非其缓冲电路正在使用，否则晶闸管模块不能与电感器、电流源或开路串联。
如果选择对电路进行离散化，则电感 Lon 将被强制为 0。
示例
在 power_thyristor 示例中，使用单脉冲晶闸管整流器为 RL 负载供电。门极脉冲来自与电源电压同步的脉冲发生器。使用以下参数：
| R | 1 Ω |
|
|---|---|---|
| L | 10 mH |
|
| 晶闸管模块： | Ron | 0.001 Ω |
| Lon | 0 H |
|
| Vf | 0.8 V |
|
| Rs | 20 Ω |
|
| Cs | 4e-6 F |
触发角由与电压源同步的脉冲发生器改变。运行仿真并观察负载电流和负载电压，以及晶闸管电流和电压。
参考文献
[1] Rajagopalan, V., Computer-Aided Analysis of Power Electronic Systems, Marcel Dekker, Inc., New York, 1987.
[2] Mohan, N., T.M. Undeland, and W.P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1995.
另请参阅
二极管, 通用桥
版本历史
在 R2006a 之前引入