Foster Thermal Model

반도체 모듈을 통한 열 전달

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라이브러리:
Simscape / Electrical / Passive / Thermal

설명

참고

Foster Thermal Model 블록은 T_j 포트와 T_c 포트 간의 온도 강하에 대한 종단간 동작 모델을 나타냅니다. 이 블록은 포트 B의 열 유량을 예측하지 않습니다. 추가 블록을 사용하여 이 모델을 확장할 수도 없습니다. 포트 B의 열 유량을 예측하고 추가 블록을 사용하여 모델을 확장하려면 Cauer Thermal Model 블록을 사용하고 Foster 계수 데이터를 사용하여 Cauer 모델 파라미터화 파라미터를 선택합니다.

Foster Thermal Model 블록은 반도체 모듈을 통한 열 전달을 나타냅니다. 다음 그림은 4차 Foster Thermal Model 블록의 등가 회로를 보여줍니다. T_j는 접합부 온도이고 T_c는 베이스 플레이트 온도 또는 주변 온도입니다.

Foster 열 모델에는 Foster 열 모델 요소의 인스턴스가 하나 이상 포함되어 있습니다. 그림은 Foster 열 모델 요소의 등가 회로를 보여줍니다.

열 요소의 개수는 표현의 차수와 같습니다. 1차 모델의 경우 스칼라 블록 파라미터를 사용합니다. n차 모델의 경우 길이가 n인 행 벡터를 사용합니다. Foster 열 모델을 설명하는 다른 용어로는 다음이 있습니다.

• 부분분수 회로

• Pi 모델

1차 Foster 열 모델 요소의 정의 방정식은

$C_{thermal}=\frac{\tau }{R_{thermal}}$

및

$$Q_{AB}=\frac{T_{AB}}{R_{thermal}}+C_{thermal}\frac{d{T}_{AB}}{dt},$$

입니다. 여기서 각각은 다음과 같습니다.

• C_thermal은 열 용량입니다.

• τ는 열 시정수입니다.

• R_thermal은 열 저항입니다.

• Q_AB는 물질을 통과하는 열 유동입니다.

• T_AB는 물질 층 사이의 온도차입니다.

초기 조건

모델을 정상 상태에서 초기화하거나 초기 노드 온도를 지정할 수 있습니다. 블록을 정상 상태에서 초기화하려면 정상 상태에서 시작 파라미터를 켜기로 설정합니다. 초기 노드 온도를 지정하고 초기 목표값 섹션을 활성화하려면 정상 상태에서 시작을 끄기로 설정합니다. 첫 번째 노드 온도는 포트 A의 온도에 해당합니다.

변수

시뮬레이션 전에 블록 변수의 우선 순위와 초기 목표값을 설정하려면 블록 대화 상자 또는 속성 인스펙터의 초기 목표값 섹션을 사용합니다. 자세한 내용은 Set Priority and Initial Target for Block Variables 항목을 참조하십시오.

공칭값은 모델에서 변수의 예상 크기를 지정하는 방법을 제공합니다. 공칭값을 기반으로 시스템 스케일링을 사용하면 시뮬레이션 강인성이 향상됩니다. 공칭값은 다른 소스에서 가져올 수 있으며, 그중 하나가 블록 대화 상자 또는 속성 인스펙터의 공칭 값 섹션입니다. 자세한 내용은 System Scaling by Nominal Values 항목을 참조하십시오.

예제

IGBT 열 손실 정량화

이 예제에서는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)의 스위칭 손실과 전도 손실에 기반한 온도 프로파일의 생성을 보여줍니다. 2개의 벅 컨버터가 있습니다. 한 컨버터에서는 IGBT가 Foster 열 모델에 연결됩니다. 또 다른 컨버터에서는 IGBT가 Cauer 열 모델에 연결됩니다. 열 모델에 대한 파라미터는 대략 동등한 결과를 제공하기 위해 조정됩니다. 시뮬레이션 시간 50ms에서 구동 주파수는 40kHz에서 20kHz로 변경되며, 이에 따라 전도 손실은 증가하고 스위칭 손실은 감소합니다. 손실의 변화는 그에 상응하는 IGBT 온도의 변화를 초래합니다.

모델 열기

포트

보존

A — 왼쪽 접합부

열

왼쪽 접합부와 연결되는 열 에너지 보존 포트입니다.

B — 오른쪽 접합부

열

오른쪽 접합부와 연결되는 열 에너지 보존 포트입니다.

파라미터

열 저항 데이터 — 열 저항 값

[ 0.0016 0.0043 0.0013 0.0014 ]K/W (디폴트 값)

반도체 모듈의 열 저항 값 R_thermal으로, 벡터로 지정됩니다.

열 시정수 데이터 — 열 시정수 데이터

[ 0.0068 0.064 0.32 2 ]s (디폴트 값)

반도체 모듈의 시정수 값 τ로, 벡터로 지정됩니다.

정상 상태에서 시작 — 열 시정수 데이터

켜기 (디폴트 값) | 끄기

블록을 정상 상태에서 초기화할지 여부입니다.

참고 문헌

[1] Schütze, T. AN2008-03: Thermal equivalent circuit models. Application Note. V1.0. Germany: Infineon Technologies AG, 2008.

확장 기능

C/C++ 코드 생성
Simulink® Coder™를 사용하여 C 코드나 C++ 코드를 생성할 수 있습니다.

버전 내역

R2016a에 개발됨

참고 항목

블록

• Cauer Thermal Model | Thermal Resistor

함수

• ee_getCauerFromFoster

도움말 항목

• Simulating Thermal Effects in Semiconductors