Parametrizovaný model IGBT měniče s možností simulace ztrát

V rámci projektu NewControl byl vyvinut parametrizovatelný model třífázového měniče s IGBT tranzistory v prostředí MATLAB/Simulink. Model byl vytvořen především za účelem modelování spínacích a výkonových ztrát IGBT prvků. Model je složen ze tří částí generátoru PWM signálů, stejnosměrného meziobvodu a samotného měniče. Blok generátoru signálů PWM vkládá do ideálních signálů PWM mrtvé časy (dead-time), které zabraňují současnému sepnutí horního a spodního tranzistoru v jedné větvi měniče a tím souží jako prevence před zkratem ve stejnosměrném meziobvodu. Model měniče zahrnuje zjednodušený model budícího obvod tranzistorů (driver), jehož výstupní impedance určuje dynamiku spínání tranzistorů. Model spínacího prvku je tvořen modelem IGBT a modelem antiparalelní diody. IGBT tranzistory jsou charakterizovány nejen základními parametry, ale také napěťovými úbytky, parazitními kapacitami a definovanou teplotní závislostí. Obdobně jsou charakterizovány také antiparalelní diody. Model je vytvořen pomocí knihovny Simscape. Simulace modelu měniče vzhledem k časovým konstantám simulovaných dějů vyžaduje velice krátkou periodu vzorkování 100 ps.
Díky detailní parametrizaci model měniče umožňuje simulaci a následnou detailní analýzu chování výkonových prvků během přechodových dějů (sepnutí a rozepnutí tranzistoru) i během ustáleného stavu. Lze získat základní informace jako jsou průběhy napětí vGE, vCE a proudu iC, ale také průběhy úbytků napětí, nabíjení a vybíjení parazitních kapacit či jednotlivé složky spínacích nebo výkonových ztrát. Pomocí připravených skriptů lze vypočítat a vykreslit průběhy celkových výkonových ztrát a spínacích ztrát výkonového prvku. Ztráty lze vykreslit v závislosti na velikosti spínaného proudu. Připravený skript také umožňuje provést simulaci pro zadaný vektor teplot a tak získat teplotní závislost spínacích a výkonových ztrát IGBT prvků.