主要内容

模拟半导体中的热效应

热建模提供数据，可帮助您使用热端口估计系统的冷却要求。一些街区Simscape™电气™半导体和转换器库具有热变体，允许通过模拟发热来确定器件温度。例如，IGBT（理想，切换）模型为三末端半导体器件的块具有热变体，可以模拟通过切换事件和传导损耗产生的热量。

有关选择参数值的更多信息，请参阅提高数值性能．用于解释关系之间的关系热港口和温度依赖选项卡在块对话框中，查看电气行为根据温度．

使用热端口

肯定Simscape电气块（例如半导体和转换器库中的块）包含默认隐藏的可选热端口。如果要模拟产生的热量和设备温度，请通过以下方式曝光：

  1. 右键单击要显示热端口的块。

  2. 选择simscape.>块选择>显示热端口．

当热端口暴露时，该块的块参数窗口包含一个附加选项卡，热港口．可见哪个参数取决于您为其设置的值取决于您的值热网范围：

具有可选热端口的所有块都包括可选的内部热模型，以保持无周分的图表。

Cauer热模型

该图显示了半导体器件的内部Cauer热模型的等效模型。

端口H对应于热端口H的块。两个热质量块分别表示器件外壳的热质量和半导体结的热质量。热流速率源块(在图中称为功率耗散)向模型输入热量，其值等于设备产生的电热量。

两个导电传热块模拟了热阻。电阻R_JC(电导1/R_JC)为结与壳体之间的热阻。由于这个电阻，结将比正常情况下的情况更热。电阻R_CA.表示端口之间的热阻H和设备案例。如果设备没有散热器，那么您应该连接端口H到温度源块，其温度设定为环境条件。如果您的设备确实有外部散热器，那么您必须将散热器模拟到设备，并将散热器热质量直接连接到端口H．

如果选择通过Cauer模型模拟块体内部热网络，可以看到以下参数:

  • 结壳和壳体环境（或壳体散热器）热阻[R_JC R_CA]-行向量[R_JCR_CA.]的两个热阻值，用两个传导传热块表示。第一个值,R_JC，是结和壳之间的热阻。第二个值,R_CA.，是端口之间的热阻H和设备案例。默认值为[0 10]k / w。

  • 热质量参数化-选择是否要用热时间常数参数化热质量(通过热时间常数）或直接指定热质量值（通过热质量）。有关更多信息，请参阅热质量参数化．默认为通过热时间常数．

  • 结和壳热时间常数，[t_j t_c]-行向量[T_J.T_C.]两个热时间常数值。第一个值,T_J.，是结时间常数。第二个值,T_C.，情况是时间常数。要启用该参数，请设置热质量参数化到通过热时间常数．默认值为[0 10]s。

  • 结和壳体热质量，[M_J M_C]-行向量[M_JM_C]两个热质量值。第一个值,M_J，为结热质量。第二个值,M_C，是热质量的情况。要启用该参数，请设置热质量参数化到通过热质量．默认值为[0 1]j / k。

  • 结和案例初始温度，[t_j t_c]-行向量[T_J.T_C.]两个温度值。第一个值,T_J.，是结初始温度。第二个值,T_C.，情况是初始温度。默认值为[25 25]°C。

以下规则适用:

  • 壳体热质量必须大于零。

  • 如果结壳电阻也设定为零，则连接热质量只能设定为零。

  • 如果壳体和结的热质量都已定义，但结壳电阻为零，则赋给结壳的初始温度必须相同。

促进热模型

该图显示了半导体器件内部培养热模型的等效模型。

港口H对应于热端口H的块。热流速率源块(在图中称为功率耗散)向模型输入热量，其值等于设备产生的电热量。因为这个选项使用促进热模型块以模拟热网络，您需要将热源连接到H端口直接或通过一些额外的热部件，使电流具有明确定义的路径。在Cauer热模型中不需要这是因为热质量已经提供了热参考的路径。

如果选择通过福斯特模型模拟块体内部热网络，可以看到以下参数:

  • 热阻[R1 R2 ...... RN]- 一排n热阻值，由热网络中使用的培养元件表示。这些值都必须大于零。默认值为[4 6]k / w。

  • 热质量参数化-选择是否要用热时间常数参数化热质量(通过热时间常数）或直接指定热质量值（通过热质量）。有关更多信息，请参阅热质量参数化．默认为通过热时间常数．

  • 热时间常数，[t1 t2…tn]- 行矢量n热时间常数值，在哪里n是热网络中使用的促进元素的数量。该载体的长度必须与长度相匹配热阻[R1 R2 ...... RN]．这些值都必须大于零。用这个参数化，热质量计算为米我= T.我/ R.我， 在哪里米我，t我和R我是I的热质量，热时间和热阻TH.培养元素。启用此参数，设置热质量参数化到通过热时间常数．默认值为[6 18]s。

  • 热质量，[m1 m2 ... mn]- 行矢量n热质量值，其中N是热网络中使用的培养元件的数量。这些值都必须大于零。启用此参数，设置热质量参数化到通过热质量．默认值为[1.5 3]j / k。

对于内部培养热模型，热阻，热时间常数和热质量必须大于零。

外部热模型

如果要将半导体块的热网络模拟到块本身，请设置热网参数到外部．该图显示了半导体器件内部热模型的等效模型。

港口H对应于热端口H的块。热流速率源块（图中称为POWER_DISSIPTED）表示块中的总耗散功率。耗散功率输出为热流到H节点。类似于促进热模型，您需要将热源或附加热部件连接到H节点，使热量在某处流动。

如果选择外部模拟块的内部热网络，则没有其他参数。

热质量参数化

如果你需要估计热质量，有两个参数选项:

  • 通过热时间常数-用热时间常数参数化热质量。这是默认值。

  • 通过热质量- 直接指定热质量值。

为了Cauer模型(结点和案例)，热时间常数T_J.和T_C.定义如下：

T_J.＝M_J·R_JC

T_C.＝M_C·R_CA.

在哪里M_J和M_C是连接和壳体热质量，R_JC是结和壳之间的热阻，和R_CA.是端口之间的热阻H和设备案例。

为了培养模式，热时间常数，t我，被定义为我的下面TH.培养元素：

t我＝米我·R我，

在哪里米我和R我I的热质量和热阻是多少TH.分别培养元素。

你可以通过实验测量来确定案例时间常数。如果连接时间常数没有可用的数据，您可以忽略该常数并将连接情况电阻设为零，或者您可以将连接时间常数设为典型值，即连接情况时间常数的十分之一。或者，您可以根据设备尺寸和平均材料比热来估计热质量。

电气行为根据温度

对于具有可选热端口的块，有两种模拟选项：

  • 模拟产生的热，器件温度和温度对电气方程的影响。

  • 模拟产生的热量和装置温度，但不包括温度对电方程的影响。当温度对电气方程的影响很小时，使用此选项对于您正在模拟的温度范围，或者模拟的主要任务是捕获产生的热量以支持系统级设计。金宝app

热口和热港口选项卡可以模拟生成的热量和设备温度。对于带有温度依赖选项卡，可以模拟结温对电气特性的影响。这热依赖性选项卡允许您模拟半导体结的温度对电方程的影响。所以：

  • 为了模拟所有温度效果，显示块的热端口，如果块有一个温度依赖标签，设置参数化例如，参数到提供的选项之一，在第二次测量温度下使用I-V数据点．

  • 仅模拟产生的热量和设备温度，显示块的热端口，并在温度依赖标签，设置参数化到无-在参数测量温度下模拟．

提高数值性能

为热质量和电阻设置现实的值。否则，结温会变得极端，超出有效结果的范围，这在模拟过程中表现为数值困难。你可以测试数值困难是否是不现实的热值的结果，通过关闭对电气方程的温度依赖，通过打开块参数窗口，单击热依赖性选项卡,设置参数化到无-在参数测量温度下模拟．

热时间常数通常比电时间常数慢得多，因此您的模型的热方面不太可能决定您可以在（例如，用于环绕硬件模拟）的最大固定时间步骤。但是，如果需要删除详细信息（例如，加速仿真），则接合热质量时间常数通常比壳体热质量时间常数快。YO通过将结 - 热质量和结壳热阻设定为零，可以去除结热质量的效果。

模型整流器的热损失

单整流二极管的模型传热

为了模拟和测量作为半导体热特性函数的热传递，将基于福斯特模型的热网络和温度传感器连接到带有热端口的块。

  1. 打开模型。在Matlab.®命令提示符，输入：

    ee_rectifier_diodes

    该模型包含一个三相整流器，包括六个二极管块。

  2. 通过右键单击该块，并从上下文菜单中选择一个Diode1块的热变体simscape.>块选择．选择显示热端口．

  3. 打开Diode1块。在热港口设置，设置热网到外部．

  4. 添加A.Simscape电气表示二极管与环境之间的热流的块。打开Simulin金宝appk.®库浏览器，单击simscape.>电气>被动的>热的，并添加一个促进热模型块到模型。

  5. 打开促进热模型阻止和修改这些参数:

    1. 热阻数据- 指定[0.00311 0.008493 0.00252 0.00288]K / W.．

    2. 热时间常数数据- 指定[0.0068 0.0642 0.3209 2.0212]年代．

  6. 通过使用理想的温度源，添加这些块来表示环境温度为常数。

    1. 从Simulink金宝app Library浏览器中，打开simscape.>基础库>热的>热源图书馆并添加一个受控温度源块。

    2. 来自simscape.>基础库>热的>热元件图书馆，添加一个热参考块。

    3. 来自simscape.>基础库>物理信号>来源图书馆，添加一个PS常数块。为了持续的参数，指定值为300．

  7. 添加这些块以测量并显示二极管1的温度：

    1. 从Simulink金宝app Library浏览器中，打开simscape.>基础库>热的>热传感器图书馆并添加一个温度感应器块。

    2. 来自simscape.>公用事业图书馆，添加一个PS-金宝appSimulink转换器块。为了输出信号单元参数,选择K．

    3. 来自金宝app>汇库，并添加一个范围块。

  8. 如图所示，安排并连接块。

  9. 标记来自的信号PS-金宝appSimulink转换器块的范围通过双击块之间的行和进入来阻止温度（k）．

  10. 模拟模型。

  11. 要查看温度数据，请打开范围块。

    二极管1的温度在0.3k的温度范围内波动，因为它从初始值增加到300.6-300.9k的沉降点到模拟结束时。

所有整流二极管的模型传热

要查看整流器中的所有半导体产生的总热量，请使用数据记录和Simscape Refore Explorer。

  1. 要在所有整流二极管上启用热端口，请通过右键单击块和选择，为二极管2，二极管3，二极管4，二极管和二极管6块选择热变量simscape.>块选择>显示热端口．

  2. 打开二极管2，二极管3，二极管4，二极管5和二极管6块和，在热的港口设置，设置热网到外部．

  3. 添加块通过创建寄存热模型子系统来测量每个二极管的传热。

    1. 制作这组块的副本：

      • 促进热模型

      • 受控温度源

      • PS常数

      • 热参考

    2. 如图所示，安排并连接复制的块。

    3. 从复制的块创建子系统，并将子系统重命名为foster_d2。有关更多信息，请参阅创建子系统．

    4. 打开Foster_D2子系统。打开Conn1块，并为父子系统上的端口位置参数,选择对．

    5. 制作四个Foster_D2子系统的副本。将一个子系统连接到剩余的二极管块中的每一个，并将子系统重命名为Foster_D3通过Foster_D6将二极管3匹配到二极管6块名称。

  4. 模拟模型。

  5. 使用Simscape Refeiver Explorer查看结果。

    1. 在模型窗口中，在文本下三相整流器， 点击探索仿真结果．

    2. 显示温度数据二极管1.，在Simscape结果资源管理器窗口中，展开二极管1.>H节点并单击T．

    3. 要在单独的图中显示直流电压，请展开感应直流>电压传感器节点，按Ctrl.,然后单击V．

    4. 要显示所有二极管的温度数据，请展开二极管2.>H节点，按Ctrl.,然后单击T．通过二极管6重复二极管3的过程。

    5. 要在单个图中覆盖温度数据，请在Simscape Results Explorer窗口中，在树节点窗口上方，单击选项按钮。在“选项”对话框中，为绘制信号， 选择覆盖．接受更改，请单击行．单击并拖动图例，以清楚地查看温度数据。

    连续地，每个二极管滞后的温度曲线在二极管1的温度曲线后面。对于每个二极管，温度也沿与二极管1的温度曲线相同的值升高并沉淀。数据表明，由于各个二极管温度的滞后行为，整流器的温度沿与二极管相同的温度曲线升起并沉降，但波动较小。

Simscape Electric文档

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用Simulink加速电源转换控制设计的10种方法金宝app

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