Підвищення точності моделювання перехідних процесів і розрахунку втрат потужності напівпровідникових перетворювачів у програмному середовищі NI Multisim
DOI:
https://doi.org/10.18664/ikszt.v28i2.283312Ключові слова:
Matlab, NI Multisim, вольт-амперна характеристика, втрати потужності, напівпровідниковий перетворювач, перехідний процес, силовий транзисторАнотація
У статті наведено дослідження перехідних процесів і результати розрахунків статичних і динамічних втрат потужності в силових IGBT- та MOSFET-транзисторах при моделюванні у програмних середовищах Matlab / Simulink і NI Multisim. Визначено, що моделювання в NI Multisim більш коректне і точно відображує перехідні процеси ввімкнення та вимкнення силових транзисторів і зворотного відновлення діодів, що дає змогу визначати динамічні втрати силових транзисторів і силових діодів. Показано, що модель силових транзисторів у NI Multisim враховує більше сорока семи параметрів, включаючи температурні характеристики, паразитні вхідні та вихідні ємності і індуктивності, нелінійності вольт-амперних характеристик транзисторів тощо. У програмному середовищі NI Multisim розроблено схему транзисторного MOSFET-ключа IRFZ44n, керування здійснює драйвер IR2104PBF. Подано адекватність часів ввімкнення та вимкнення силового транзистора, характер перехідних процесів при резистивному та резистивно-індуктивному навантаженні, залежність сумарних втрат потужності від частоти комутації.
Посилання
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Hordiienko D., Sushko D., Syniavskyi A., Shelest D. Thermal-powerloss approximation method for determination of efficiency in semiconductor devices. 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). 2022. P. 456–461. DOI: 10.1109/ELNANO54667.2022.9926756.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Hordiienko D. Research of Operating Modes and Features of Integration of Renewable Energy Sources into the Electric Power System. 2022 IEEE 8th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). 2022. P. 133–138. DOI: 10.1109/ESS57819.2022.9969337.
Arhun S., Hnatov A., Dziubenko O., Ponikarovska S. A device for converting kinetic energy of press into electric power as a means of energy saving. Journal of the Korean Society for Precision Engineering. 2019. Vol. 36, No. 1. P. 105–110. DOI: 10.7736/KSPE.2019.36.1.105.
Bogajevskiy A., Arhun S., Hnatov A., Dvadnenko V., Kunicina N., Patlins A. Selection of Methods for Modernizing the Regulator of the Rotation Frequency of Locomotive Diesels. 2019 IEEE 60th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). 2019. P. 1–6. DOI: 10.1109/RTUCON48111.2019.8982347.
Talbi M., Mensia N., Ganouni R., Ezzaouia H. Modeling of Photovoltaic Panel using Matlab/Simulink and application of P & O Algorithm P & O Algorithm. 2020 11th International Renewable Energy Congress (IREC). 2020. P. 1–6. DOI: 10.1109/IREC48820.2020.9310396.
Al-Azzawi F. F., Al-Azzawi Z. F., Shandal S. A., Abid F. A. Modulation and RS-CC rate specifications in WiMAX IEEE 802.16 Standard with MATLAB Simulink model. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 881. P. 1–10. DOI: 10.1088/1757-899X/881/1/012109.
Sauvey C. Mathematical Modeling of Electrical Circuits and Practical Works of Increasing Difficulty with Classical Spreadsheet Software. Modelling. 2022. Vol. 3 (4). P. 445–463. DOI: 10.3390/modelling3040029.
Nerubatskyi V., Plakhtii O., Hordiienko D., Podnebenna S. Synthesis of a regulator recuperation mode a DC electric drive by creating a process of finite duration. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). 2021. P. 272–277. DOI: 10.1109/UKRCON53503.2021.9575792.
Hussein A., Hawas M. Power quality analysis based on simulation and MATLAB/Simulink. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. 2019. Vol. 16. 1144. DOI: 10.11591/ijeecs.v16.i3.pp1144-1153.
Fernando A., GanLim L. Velocity analysis of a six wheel modular mobile robot using MATLAB-Simulink. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. 1109. 012037. DOI: 10.1088/1757-899X/1109/1/012037.
Tchorzewski J., Marlega R. The Day-Ahead Market System Simulation Model in the MATLAB and Simulink Environment. 2021 Progress in Applied Electrical Engineering (PAEE). 2021. P. 1–8. DOI: 10.1109/PAEE53366.2021.9497390.
Nerubatskyi V., Plakhtii O., Hordiienko D. Adaptive Modulation Frequency Selection System in Power Active Filter. 2022 IEEE 8th International Conference on Energy Smart Systems (ESS). 2022. P. 341–346. DOI: 10.1109/ESS57819.2022.9969261.
Bao H., Zhang W., Yang Y., Chen Y. Calculation and analysis of IGBT power loss in drive system for EV. 2015 IEEE International Conference on Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices (ASEMD). 2015. P. 276–277. DOI: 10.1109/asemd.2015.7453571.
Chen H.-J., Kusic G. L., Reed G. F. Comparative PSCAD and Matlab/Simulink simulation models of power losses for SiC MOSFET and Si IGBT devices. 2012 IEEE Power and Energy Conference at Illinois. 2012. P. 1–5. DOI: 10.1109/PECI.2012.6184589.
Fediv Y., Sivakova O., Lysiak V., Korchak M. Switching overvoltages protection of power electronics converters with gate turn-off thyristors. Energy Engineering and Control Systems. 2021. Vol. 7, No. 2. P. 103–110. DOI: 10.23939/jeecs2021.02.103.
Soskov A., Salabaeva N., Forkun Y., Glebova M. Methods of overvoltage limitation in modern dc semiconductor switching apparatus and their calculation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2016. Vol. 3/8 (81). DOI: 10.15587/1729-4061.2016.72533.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Hordiienko D. Efficiency analysis of DC-DC converter with pulse-width and pulse-frequency modulation. 2022 IEEE 41st International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). 2022. P. 571–575. DOI: 10.1109/ELNANO54667.2022.9926762.
Plakhtii O., Nerubatskyi V., Mykhalkiv S., Hordiienko D., Shelest D., Khomenko I. Research of energy characteristics of three-phase voltage source inverters with modified pulse width modulation. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). 2021. P. 422–427. DOI: 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9570071.
Johannesson D., Nawaz M., Norrga S., Hallen A., Nee H.-P. Static and Dynamic Performance Prediction of Ultrahigh-Voltage Silicon Carbide Insulated-Gate Bipolar Transistors. IEEE Transactions on Power Electronics. 2021. Vol. 36, No. 5. P. 5874–5891. DOI: 10.1109/TPEL.2020.3027370.
Kuamar H., Ramavenkateswaran N. Low Power High Speed 15-Transistor Static True Single Phase Flip Flop. 2019 2nd International Conference on Intelligent Computing, Instrumentation and Control Technologies (ICICICT). 2019. P. 440–444. DOI: 10.1109/ICICICT46008.2019.8993225.
Gastli A., Kiranyaz S., Hamila R., Ellabban O. Matlab/Simulink Modeling and Simulation of Electric Appliances Based on their Actual Current Waveforms. 2019 2nd International Conference on Smart Grid and Renewable Energy (SGRE). 2019. P. 1–7. DOI: 10.1109/SGRE46976.2019.9020901.
Szemes P. T., Melhem M. Analyzing and modeling PV with «P&O» MPPT Algorithm by MATLAB/SIMULINK. 2020 3rd International Symposium on Small-scale Intelligent Manufacturing Systems (SIMS). 2020. P. 1–6. DOI: 10.1109/SIMS49386.2020.9121579.
Hardan S. S., Hairik H. A., THejeel R. Matlab/Simulink-Based Modeling of Typical Inductive Power Transfer (IPT) System. 2020 6th IEEE International Energy Conference (ENERGYCon). 2020. P. 86–92. DOI: 10.1109/ENERGYCon48941.2020.9236534.
Lee W.-C., Kuo S.-A. Simulation and Control of a Robotic Arm Using MATLAB, Simulink and TwinCAT. 2020 International Conference on Advanced Robotics and Intelligent Systems (ARIS). 2020. P. 1–5. DOI: 10.1109/ARIS50834.2020.9205777.
Adsul J., Nair J. M., Vaidya P. P. Design and Simulation of a New Reconfigurable Analog to Digital Converter based on Multisim. 2019 International Conference on Nascent Technologies in Engineering (ICNTE). 2019. P. 1–6. DOI: 10.1109/ICNTE44896.2019.8946032.
Khvitia B., Gheonjian A., Kutchadze Z., Jobava R. Advanced SPICE modeling of large power IGBT modules. IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society). 2002. Vol. 4. P. 2433–2436·DOI: 10.1109/IAS.2002.1042786.
Mirzaee H., Bhattacharya S., Ryu S.-H., Agarwal A. Design comparison of 6.5 kV Si-IGBT, 6.5 kV SiC JBS diode, and 10 kV SiC MOSFETs in megawatt converters for shipboard power system. 2011 IEEE Electric Ship Technologies Symposium. 2011. P. 248–253. DOI: 10.1109/ESTS.2011.5770876.
Sfakianakis G., Nawaz M., Chimento F. A temperature dependent simple spice based modeling platform for power IGBT modules. 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). 2014. P. 2873–2879. DOI: 10.1109/ECCE.2014.6953788.
Khvitia B., Gheonjian A., Kutchadze Z., Jobava R. A SPICE Model for IGBTs and Power MOSFETs Focusing on EMI/EMC in High-Voltage Systems. Electronics. 2021. Vol. 10. 2822. DOI: 10.3390/electronics10222822.
Azar R., Udrea F., DeSilva M., Amaratunga G., Ng W. T., Dawson F., Waind P. Advanced SPICE Modeling of Large Power IGBT Modules. IEEE Transactions on Industry Applications. 2004. Vol. 40 (3). P. 710–716. DOI: 10.1109/tia.2004.827456.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
