热建模提供数据,帮助您通过使用热端口估计系统的冷却需求。一些街区在Simscape™电气™半导体和转换器库具有热变量,允许您通过模拟热产生来确定设备温度。例如IGBT(理想,切换)block是一个三端半导体器件的模型,其热变量可以模拟开关事件和传导损耗产生的热量。
有关选择参数值的更多信息,请参见提高数值性能.来解释两者的关系热港口和的温度依赖性选项卡在块对话框中,查看电气行为根据温度.
某些Simscape电气公司块(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:
右键单击要显示热端口的块。
选择模拟风景>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额外的选项卡,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络参数:
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。
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。
两个传导传热块模型的热阻。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将温度设置为环境条件的温度源块。如果您的设备确实有外部散热器,则必须在设备外部对散热器进行建模,并将散热器散热块直接连接到端口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:
结壳和外壳-环境(或外壳-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,为结与壳体之间的热阻。第二个值,R_CA,为端口之间的热阻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.默认值是通过热时间常数
.
结和壳热时间常数,[t_j t_c]-行向量[t_Jt_C]两个热时间常数的值。第一个值,t_J,为结时间常数。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来通过热时间常数
.默认值为[0 10]
s。
结和壳热质量,[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来通过热质量
.默认值为[0 1]
j / k。
接头和外壳初始温度[T_J T_C]-行向量[T_JT_C的两个温度值。第一个值,T_J,为结初始温度。第二个值,T_C,为情况初始温度。默认值为[25 25]
°C。
以下规则适用:
壳体热质量必须大于零。
如果结壳电阻也设置为零,则结热质量只能设置为零。
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。
这张图显示了半导体器件内部福斯特热模型的等效模型。
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直接或通过一些额外的热组件进行端口连接,以便功率流具有明确的路径。这在Cauer热模型中是不需要的,因为热质量已经提供了通往热参考的路径。
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:
热电阻,[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.默认值是通过热时间常数
.
热时间常数,[t1 t2…tn]- 行矢量n热时间常数,其中n为热网络中使用的福斯特元件数。这个向量的长度必须与的长度匹配热电阻,[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
,在那里米我
,t我
和R我
I的热质量,热时间和热电阻是多少th促进元素。要启用该参数,请设置热质量参数化来通过热时间常数
.默认值为[6 18]
s。
热质量,[M1 M2…Mn]- 行矢量n热质量值,其中n为热网络中使用的福斯特元件数。这些值都必须大于零。要启用该参数,请设置热质量参数化来通过热质量
.默认值为[1.5 3]
j / k。
对于内部Foster热模型,热电阻、热时间常数和热质量都必须大于零。
如果要将半导体块的热网络模拟到块本身,请设置热网络参数外部
.这张图显示了半导体器件的内部热模型的等效模型。
港口H对应于热端口H在街区的另一边。热流率源块(图中称为功率耗散)表示块中的总耗散功率。耗散功率作为热流输出到H节点。与Foster thermal模型类似,您需要将热源或其他热组件连接到H节点,以便热量在某处流动。
如果您选择在外部模拟块的内部热网络,则没有额外的参数。
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Cauer模型(结点和案例)
,即热时间常数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分别为结热质量和壳热质量,R_JC结与外壳之间的热阻,和R_CA是端口之间的热阻H和设备案例。
为培养模式
,热时间常数,t我的定义如下: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。
对于带有可选热端口的模块,有两个模拟选项:
模拟产生的热量、设备温度以及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。万博1manbetx
热口和热港口选项卡可以模拟生成的热量和设备温度。对于带有的温度依赖性Tab,可以模拟结温对电特性的影响。的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:
要模拟所有温度效应,请显示块的热端口,如果块具有的温度依赖性选项卡,设置参数化参数设置为提供的选项之一,例如,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,并在的温度依赖性标签,设置参数化来无-在参数测量温度下模拟
.
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,设置参数化来无-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规定您可以模拟的最大固定时间步长(例如,对于环路中的硬件模拟)。然而,如果您需要删除细节(例如,为了加速模拟),则结热质量时间常数通常比实例热质量时间常数快一个数量级。Yo可以通过将结热质量和结壳热阻设为零来消除结热质量的影响。
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。
打开模型。在MATLAB®命令提示符中,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。
通过右键单击该块,并从上下文菜单中选择一个Diode1块的热变体模拟风景>块选择. 挑选显示热端口.
打开Diode1块。在热港口设置,设置热网络来外部
.
添加一个Simscape电气公司表示二极管与环境之间的热流的块。打开Simulin万博1manbetxk.®库浏览器,点击模拟风景>与电有关的>被动>热的,并添加一个促进热模型块到模型。
打开促进热模型阻止和修改这些参数:
热阻数据-指明[0.00311 0.008493 0.00252 0.00288]
K/W
.
热时间常数数据-指明[ 0.0068 0.0642 0.3209 2.0212 ]
年代
.
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。
从Simulink万博1manbetx Library浏览器中,打开模拟风景>基础库>热的>热的来源库并添加一个受控温度源块。
从模拟风景>基础库>热的>热元件图书馆,添加一个热参考块。
从模拟风景>基础库>物理信号>来源图书馆,添加一个PS常数块。为持续的参数,指定值为300
.
添加这些块来测量和显示二极管1的温度:
从Simulink万博1manbetx Library浏览器中,打开模拟风景>基础库>热的>热传感器库并添加一个温度传感器块。
从模拟风景>公用事业图书馆,添加一个PS 万博1manbetxSimulink转换器块。为输出信号单元参数,选择K
.
从万博1manbetx>汇库,并添加一个范围块。
如图所示排列连接块。
标记来自的信号PS 万博1manbetxSimulink转换器块的范围通过双击块之间的线并输入温度(k)
.
模拟模型。
要查看温度数据,请打开范围块。
dide1的温度在0.3 K的温度范围内波动,因为它从初始值300 K增加到一个定定点300.6-300.9 K接近模拟的结束。
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。
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块选择热变量模拟风景>块选择>显示热端口.
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,设置热网络来外部
.
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。
制作这组块的副本:
促进热模型
受控温度源
PS常数
热参考
如图所示,安排并连接复制的块。
从复制的块创建一个子系统,并将该子系统重命名为Foster_D2。有关更多信息,请参阅创建子系统.
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
.
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。
模拟模型。
使用Simscape Refeiver Explorer查看结果。
在模型窗口下的文本中三相整流器,点击探索仿真结果.
显示的温度数据二极管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.
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.
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. 对二极管3至二极管6重复该过程。
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,用于绘制信号, 选择覆盖
.接受更改,请单击好的.点击并向下拖动图例,可以清楚地看到温度数据。
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。