[发明专利]一种新型晶闸管反向恢复暂态模型

摘要

本发明提供了一种新型晶闸管反向恢复暂态模型，晶闸管反向恢复过程模型的精确性，对于以晶闸管为开关器件的电力电子设备的电气性能研究和设计具有重要影响。为建立精确的晶闸管反向恢复过程动态模型，本发明在分析晶闸管阻断恢复过程中载流子运动特性和PN结变化规律的基础上，指出了传统的晶闸管反向恢复电流指数模型和双曲正割模型的优势和不足；结合晶闸管实际工作电路，提出用描述动植物自然生长过程的Logistic曲线来建立晶闸管反向恢复过程的非线性电阻模型；用迭代的方法来确定Logistic曲线精确参数。

主权项

一种新型晶闸管反向恢复暂态模型，其特征在于：采用非线性时变电阻R(t)仿真模拟晶闸管反向恢复过程；通过对晶闸管反向恢复过程中载流子的运动规律进行分析可知，正向导通的晶闸管在承受反向电压恢复阻断的过程中，晶闸管电阻的变化规律是：晶闸管在承受反向最初一段时间内，其阻值非常小；在之后的一段时间内，晶闸管的电阻值按指数规律迅速增大；当晶闸管电阻值增大到断态电阻值时，晶闸管的电阻值将保持在断态电阻值，这时认为晶闸管恢复阻断；晶闸管反向恢复过程中电阻值变化规律与动植物自然生长过程非常类似，通常，动植物自然生长规律用Logistic曲线来描述，Logistic曲线又被称为生长曲线，其数学表达式为： y = k 1 + a e - bx - - - ( 1 ) 其中：x：为时间；y：表示长度和重量；k、a和b为常数；用Logistic曲线建立晶闸管反向恢复过程非线性时变电阻模型，需要确定常数k、a和b的值，此时自变量x仍为时间t，应变量y非线性时变电阻R(t)；当t足够大时，R(t)＝k，可知k等于晶闸管断态电阻Roff‑R；t＝0时，R(t)值非常小，此时指定R(t)为一个非常小的数值，若t＝0时R(t)＝0.05，则：0.05＝Roff‑R/(1+a)，a＝20Roff‑R‑1，由于Roff‑R远大于1，故a＝20Roff‑R；时间常数b的确定需要结合实际工作电路，设晶闸管正向电流过零时刻t＝0，电压源输出电压为Usinα，可列出工作电路的KVL方程： L dI dt + U C + RC dU C dt = U sin ( α + ωt ) - - - ( 2 ) 其中：R为晶闸管RC阻尼电路电阻值，C为晶闸管阻尼电路电容值，L为晶闸管工作电路电感值，I为主回路电流值，UC为阻尼电容电压，ω为电压源频率；由于在晶闸管正向电流过零后的最初一段时间内，晶闸管的电阻值非常小，可视为晶闸管把RC电路短路，于是上式(2)化简为： L dI dt + U thy = U sin ( α + ωt ) - - - ( 3 ) 其中：Uthy为晶闸管两端电压；ts时刻晶闸管反向电流达到峰值电流IRM，dI/dt＝0，上式(3)可表达为： U thy = R ( t ) I RM = R off - R I RM 1 + 20 R off - R e - bt s = 2 U sin ( α + ωt ) 其中：Roff‑R为晶闸管断态电阻；解得： b = - { In [ ( R off - R I RM 2 U sin ( α + ωt ) - 1 ) / 20 R off - R ] } / t s - - - ( 4 ) .