Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ postaci modelu termicznego na dokładność obliczania charakterystyk statycznych modułu IGBT

Górecki Krzysztof, Górecki Paweł

Przegląd Elektrotechniczny

|

2022

|

R. 98, nr 9

158--161

PL

W pracy przeanalizowano wpływ postaci modelu termicznego modułu IGBT na dokładność obliczeń jego charakterystyk statycznych. Moduł taki zawiera we wspólnej obudowie kilka struktur półprzewodnikowych. W rozważanym module zachodzi zjawisko samonagrzewanie w każdej strukturze półprzewodnikowej oraz wzajemne sprzężenia cieplne między każdą parą tych struktur. Rozważania przeprowadzono dla modułu zawierającego 2 tranzystory IGBT i dwie diody połączone w jedną gałąź falownika oraz termistor. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu programu SPICE uwzględniając 4 rodzaje modeli termicznych modułu. Pierwszy z nich nie uwzględnia ani samonagrzewania, ani wzajemnych sprzężeń cieplnych. Drugi uwzględnia jedynie samonagrzewanie w poszczególnych strukturach półprzewodnikowych. Trzeci model uwzględnia oba zjawiska cieplne charakteryzowane przez rezystancje termiczne o ustalonej wartości. Czwarty model uwzględnia oba zjawiska cieplne oraz zależność rezystancji termicznej od mocy traconej w poszczególnych strukturach półprzewodnikowych. Wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów uzyskanych dla trzech różnych warunków chłodzenia. Przedyskutowano zakres zastosowań poszczególnych modeli.

EN

This paper analyzes the influence of the form of the thermal model of the IGBT module on the accuracy of computations of their DC characteristics. Such a module contains several semiconductor dies in a common case. In such a module, the phenomenon of self-heating occurs in each semiconductor die and mutual thermal couplings between each pair of these dies. Considerations are made for the module containing 2 IGBTs and two diodes connected into one branch of the inverter and a thermistor. The investigations are carried out with the use of SPICE software, taking into account 4 types of thermal models of this module. The first one does not take into account either self-heating or mutual thermal couplings. The second takes into account only self-heating in individual semiconductor dies. The third model takes into account both thermal phenomena characterized by thermal resistances of a fixed value. The fourth model takes into account both thermal phenomena and the dependence of the thermal resistance on the power lost in individual semiconductor dies. The calculation results are compared with the measurement results obtained for three different cooling conditions. The range of application of individual models is discussed.

2

Wpływ złożoności biblioteki termicznej tranzystora IGBT w programie PLECS na dokładność wyznaczania temperatury jego wnętrza

Górecki Piotr, Bielecka Agata, Wojciechowski Daniel

Przegląd Elektrotechniczny

|

2021

|

R. 97, nr 2

16--19

PL

W pracy przedstawiono wpływ złożoności biblioteki termicznej tranzystora IGBT w programie PLECS na dokładność wyznaczania temperatury jego wnętrza. Przedstawiono sposób modelowania tranzystora IGBT w programie PLECS, a także sprawdzono jak należy opisywać jago właściwości statyczne by uzyskać dobrą dokładność obliczania temperatury wnętrza tego tranzystora. Wykonano obliczenia i określono wartości błędu względnego wyznaczania przyrostu temperatury wnętrza dla różnych sposobów odwzorowania jego charakterystyki wyjściowej.

EN

In the paper, an influence of complexity of a thermal library of IGBT in PLECS on the accuracy of computing its junction temperature is presented. The modeling method of IGBT in PLECS is presented, and it is also showed how to describe the static properties of the IGBT to obtain good accuracy of computing junction temperature of the transistor. Appropriate analyzes were carried out in PLECS and the relative error values of determining the IGBT junction temperature increase are determined for various manners of mapping its output characteristics.

3

Wpływ wybranych parametrów pogodowych na charakterystyki paneli fotowoltaicznych

Krac E., Górecki K.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2016

|

Vol. 57, nr 5

40--43

PL

W pracy przeanalizowano wpływ warunków pogodowych na pracę wybranego panelu fotowoltaicznego. Opisano stację pogodową umożliwiającą wyznaczanie wartości wybranych parametrów pogodowych na terenie Akademii Morskiej w Gdyni. Przedstawiono zmierzone przebiegi czasowe gęstości mocy promieniowania słonecznego i temperatury powietrza w wybranych dniach. Przeprowadzono elektrotermiczną analizę stanów przejściowych polikrystalicznego panelu fotowoltaicznego obciążonego rezystorem liniowym. Przedstawiono i przedyskutowano uzyskane wyniki obliczeń. Wskazano problem wpływu parametrów pogodowych na warunki chłodzenia paneli fotowoltaicznych.

EN

In the paper the influence of weather conditions on the operation of the selected photovoltaic panels is analysed. The weather station making possible the measurements of values of selected weather parameters on the ground of Gdynia Maritime University was described. The measured waveforms of the power density of the solar radiation and the air temperature in selected days are presented. The electrothermal transient analysis of the poly-crystalline photovoltaic panel operating with linear resistance load were effected. Obtained results of calculations were presented and one discussed. The problem of the influence of weather parameters on cooling conditions of the photovoltaic panels was pointed.

4

Analiza wpływu nieliniowości modelu termicznego tranzystora MOS mocy na charakterystyki przetwornicy boost

Zarębski J, Górecka K., Górecki K.

Poznan University of Technology Academic Journals. Electrical Engineering

|

2014

|

No. 80

9--17

PL

W pracy przeanalizowano zasadność stosowania nieliniowego modelu termicznego tranzystora MOS mocy przy analizach charakterystyk przetwornicy boost. Przedstawiono postać rozważanego modelu termicznego oraz wyniki elektrotermicznej analizy stanów przejściowych badanego układu, uzyskane przy uwzględnieniu nieliniowości modelu termicznego oraz przy pominięciu tej nieliniowości. Badania przeprowadzono dla przetwornic zawierających dwa różne zestawy półprzewodnikowych elementów kluczujących.

EN

In the paper the necessity of using the non-linear thermal model of the power MOS transistor at computer analyses of the boost converter is considered. The form of considered thermal model are presented and results of the electrothermal transient analysis of considered converter, obtained at the nonlinearity of the thermal model taking into account and at the omission of this nonlinearity are shown. Investigations were performed for converters containing two different sets of switching semiconductor devices.

5

Wyznaczanie nieizotermicznych charakterystyk dławikowych przetwornic dc-dc o sterowaniu PWM w stanie ustalonym przy wykorzystaniu metody modeli uśrednionych

Górecki K.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2006

|

Vol. 52, z. 3

393-409

PL

W pracy zaproponowano metodę wyznaczania charakterystyk przetwornic dc-dc w stanie ustalonym, przy uwzględnieniu samonagrzewania w elementach półprzewodnikowych. Proponowana metoda bazuje na koncepcji modeli uśrednionych i pozwala na wyznaczenie wartości napięcia wyjściowego i sprawności, a także istotnych z punktu widzenia niezawodności przetwornicy, temperatur wnętrza zawartych w niej tranzystorów i diod. W opracowanej metodzie, realizowanej przy wykorzystaniu programu SPICE, formułuje się cztery obwody. Pierwszy z nich stanowi sieć złożoną ze sterowanych źródeł napięciowych oraz rezystorów, której struktura wynika z opisanej w literaturze zasady formułowania uśrednionych modeli przetwornic. Drugi obwód zawiera szeregowo połączone tranzystor i diodę, opisane za pomocą modeli wbudowanych w programie SPICE oraz sterowane źródła napięciowe, modelujące wpływ temperatury na napięcie między zaciskami wyjściowymi włączonego tranzystora oraz spadek napięcia na diodzie spolaryzowanej w kierunku przewodzenia. Trzeci i czwarty obwód stanowią analogi elektryczne modeli termicznych tranzystora i diody. Przedstawiono sposób formułowania wymienionych obwodów na przykładzie dławikowych przetwornic buck oraz boost. Poprawność opracowanej metody zweryfikowano za pomocą klasycznej analizy stanów przejściowych, prowadzonej aż do uzyskania stanu ustalonego.

EN

The dc-dc choppers are the base components of switched voltage regulators. For the analysis of such a class of electronic circuits the classical transient analysis or the dc analysis with the use of averaged models of such converters is applied. The average models method makes it possible to obtain the characteristics of the considered converters at steady state in less calculation time than in the transient analysis method. The literature averaged models of dc-dc converters were elaborated by neglecting the selfheating phenomenon and nonlinear characteristics of semiconductor devices. In this paper a new method of calculating the dc-dc converters characteristics with PWM control in steady state with selfheating in semiconductor devices taken into account, is proposed. This method is based on the conception of the averaged models method and it enables the calculations of the values of such dc-dc converters parameters as the output voltage and the efficiency of the converter, as well as the inner temperatures of the diode and the transistor, which are important from the point of view of the reliability of the converters. In the elaborated method, realized with the use of SPICE, the averaged electrothermal model of dc-dc converter is formulated. This model consist of three kinds of circuits. The first one constitutes the electrical network composed of the controlled voltage sources and resistors. The structure of this circuit results from the principles of formulating the averaged models of dc-dc converters. The second kind of circuits includes the series connection of the transistor and the diode described with the use of built-in SPICE models of the considered devices and the contolled voltage sources, which model the temperature influence on the voltage across the switched-on semiconductor devices. The last circuits are the electrical analogues of the thermal models of the transistor and the diode. The method formulating the considered circuits on the example of buck and boost converters is presented. The correctness of the elaborated method was verified by comparing the calculation results considered methods is obtained, which proves the correctness of the proposed method.

6

Modelowanie cewki z rdzeniem ferrytowym w programie SPICE z uwzględnieniem samonagrzewania

Górecki K.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2003

|

Vol. 49, z. 3

389-404

PL

W pracy zaproponowano nowy elektrotermiczny model cewki z rdzeniem ferromagnetycznym, bazujący na izotermicznym modelu Jilesa - Athertona. Opracowany model uwzględnia takie właściwości rdzenia ferromagnetycznego jak pętla histerezy, nasycenie rdzenia, temperatura Curie oraz samonagrzewanie, spowodowane stratami energii zarówno w rdzeniu, jak i w uzwojeniu. Nowy model zaimplementowano w programie SPICE w postaci podukładu i porównano wyniki obliczeń z danymi katalogowymi. Niezbędne wartości parametrów elektrycznych i termicznych wyznaczono na podstawie odpowiednich pomiarów oraz danych katalogowych materiałów ferromagnetycznych.

EN

Coils are electronic devices which are often used in electronic small - power circuits, for example in filters, and also in high - power circuits, for example in switched dc-dc converters. The use of a ferromagnetic cores makes it possible to diminish the dimensions of a the coil, but is causes nonlinearity of their characteristics simultaneously. Due to the temperature effects, the strong temperature dependences of the coil characteristics are observed. In considerations presented in the paper the inner temperature of the coil, understood as the sum of the ambient temperature and the component resulting from selfheating, is taken into account. The aim of this paper is to formulate the model of the coil with the ferromagnetic core for SPICE. Unfortunately, the isothermal model (i.e. without selfheating taken into account) of the coil with the ferromagnetic core, used in the popular software SPICE for the analysis of electronic circuits, omits the influence of temoerature on the characteristics and the parameters of the core. In the paper the new electrothermal model of the coil with the ferromagnetic core (EMCR) designed for this software is proposed. The strategy of the formulation of EMCR model is the same as for the electrothermal models of semiconductor devices. According to this strategy, the coil isothermal model with the parameters dependent on temperature, based on the literature Jiles - Atherton model was elaborated at first. Next, the lumped thermal model which takes into account the power losses, both in the coil and in the core, resulting from selfheating in both coil components and additionally, the mutual thermal interactions between them was formulated. EMCR includes the most important properties of the ferromagnetic core, as the hysteresis of B(H) characteristic, the saturation of the core, Curie temperature and selfheating caused by energy losses, both in the core and in the coil, respectively. The new EMCR model was implemented into SPICE software using a proper constructed subcircuit. Because of the limitations of SPICE software, some dependencies, existing in EMCR describing for example the power losses in the core realised by the special subcircuits. The lumped thermal model is represented by its electrical analog, consisting of the current sources representing power dissipated in the core and in the coil, and RC networks representing own transient thermal impedances of the coil and of the core, and the mutual transient thermal impedances between them. At first, some isothermal calculations of the coil with the core characteristics using EMCR model and SPICE built-in model were performed with the ambient temperature as a parameter, without selfheating taken into account. The correctness of these calculations was compared with the catalogue data. The parameter values of the model were estimated on the basis of the catalogue data and the proper measurements. As it results from the investigations performed at the room temperature, the calculation results obtained with the use of both model fit well to the data, given in the catalogue. In the wide range of the ambient temperature only the results obtained with the use of EMCR fit well to the data, because SPICE built-in model of the ferromagnetic core does not include the influence of temperature on its characteristics and parameters. Additionally, the electrothermal analyses of the coil with the core characteristics using EMCR model were performed. The results of these analyses show the strong influence of selfheating on the characteristics of the coil with the ferromagnetic core. This influence is observed as the decrease of the value of the coil inductance or the loss of ferromagnetic properties of the core as the result of exceeding Curie temperature. Of course, the change of the characteristics and parameter values of the coil as the result of selfheating can influence the characteristics of switched dc-dc converters.

7

Nowy algorytm wyznaczania nieizotermicznych charakterystyk dynamicznych elementów półprzewodnikowych w programie SPICE

Zarębski J., Górecki K.

Kwartalnik Elektroniki i Telekomunikacji

|

2001

|

Vol. 47, z. 4

525-538

PL

Praca dotyczy problemu wyznaczania charakterystyk dynamicznych elementów półprzewodnikowych w programie SPICE z uwzględnieniem zjawisk termicznych. Takie charakterystyki, nazywane nieizotermicznymi, różnią od charakterystyk izotermicznych, odpowiadających ustalonej temperaturze i wyznaczanych bezpośrednio za pomocą programu SPICE. W celu otrzymania nieizotermicznych charakterystyk dynamicznych elementów półprzewodnikowych, autorzy opracowali i uruchomili nowy algorytm ITER rozwiązywania równań, opisujących model elektryczny i termiczny elementu. W algorytmie tym wykorzystano też nową metodę wyznaczania mocy czynnej wydzielanej w elemencie półprzewodnikowym, niezbędnej do wyznaczenia temperatury wnętrza elementu w poszczególnych krokach obliczeń. Dobra zgodność przedstawionych w pracy wyników symulacji charakterystyk wybranych elementów półprzewodnikowych, pracujących w prostych układach elektronicznych, otrzymanych z wykorzystaniem nowego algorytmu oraz znanego z literatury algorytmu analizy elektrotermicznej, opartego na metodzie wspólnych iteracji, stanowi potwierdzenie skuteczności i wiarygodności algorytmu ITER.

EN

This paper deals with the problem of SPICE modelling of the dynamic characteristics of semiconductor devices with the thermal phenomena taken into account. Such characteristics, called here as the nonisothermal ones differ from the isothermal characteristics defined at the constant value of temperature and being calculated directly from SPICE. However, to get the nonisothermal characteristics of semiconductor devices, a new algorithm ITER of the thermal and electrical device models solution has been proposed. In this algorithm the new calculation method of the real power dissipated in semiconductor devices is also proposed. The real power values are indispensable to compute the junction temperature with the use of the thermal model at the successive time steps of calculations. A very well agreement between the calculation results of the nonisothermal characteristics of the selected semiconductor devices performed by the use of ITER and the known algorithm of the common iterations revealed the usefulness and credibility of the new algorithm.