SPICE NIGBT

Совместимый со SPICE биполярный транзистор изолированного затвора N-канала

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Дополнительные Компоненты / Полупроводники SPICE

Описание

Блок SPICE NIGBT моделирует биполярный транзистор изолированного затвора (IGBT) n-типа SPICE.

SPICE или Программа Симуляции с Акцентом Интегральной схемы, является инструментом симуляции для электронных схем. Можно преобразовать некоторые подсхемы SPICE в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™ с помощью блока Environment Parameters и совместимых со SPICE блоков из библиотеки Additional Components. Для получения дополнительной информации смотрите subcircuit2ssc.

Этот рисунок показывает эквивалентную схему для блока SPICE NIGBT:

Уравнения

Переменные для уравнений блока SPICE NIGBT включают:

  • Переменные, которые вы задаете путем определения параметров для блока SPICE NIGBT.

  • Температура, T, который является 300.15 K по умолчанию. Можно использовать различное значение путем определения параметров для блока SPICE NIGBT или путем определения параметров и для блока SPICE NIGBT и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации смотрите Транзисторную Температуру.

Текущий канал MOSFET

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между текущим каналом MOSFET, Imos, и напряжением источника логического элемента, Vgs.

Применимая область значений значений VgsСоответствующее уравнение Imos

Vgs<VT

Imos=GMIN*Vds*SCALE

VdsVgsVTKF

Imos=SCALE*(KF*KP[(VgsVT)VdsKF*Vds22]1+THETA*(VgsVT)+GMIN*Vds)

Vds>(VgsVT)KF

Imos=SCALE*(KP(VgsVT)22[1+THETA*(VgsVT)]+GMIN*Vds)

В этих уравнениях:

  • Vds является напряжением источника дренажа.

  • VT является пороговым напряжением.

  • KF является фактором области триода.

  • KP является активной межэлектродной проводимостью МОП-транзистора.

  • THETA является поперечным полевым фактором.

Биполярный установившийся ток коллектора

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между установившимся током коллектора, Icss, и эмиттерно-основной емкостью, Qeb.

Применимая область значений значений QebСоответствующее уравнение Icss

Qeb<0

Icss=0

Qeb0

Icss=[(11+b)IT+(b1+b)(4DpW2)Qeb]*SCALE

В этих уравнениях:

  • b=MUNMUP амбиполярное отношение мобильности.

  • Dp=KBTq*MUP коэффициент диффузии для отверстий.

  • W=WBWbcj квазинейтральная ширина базы, где:

    • WB является металлургической шириной базы.

    • Wbcj=2εsiVbc+Vbiq*NB ширина истощения основного коллектора.

    • Vbc является напряжением основного коллектора.

    • Vbi является сборкой - в напряжении, и это равно 0.6 V

Биполярный установившийся основной ток

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между установившимся основным током, Ibss, и эмиттерно-основной емкостью, Qeb.

Применимая область значений значений QebСоответствующее уравнение Ibss

Qeb<0

Ibss=0

Qeb0

Ibss=QebTAU+(QebQB)2(4*NB2ni2)JSNE*AREA*SCALE

В этих уравнениях:

  • TAU является амбиполярным recombination временем жизни.

  • JSNE является эмиттерной плотностью тока насыщения.

  • ni является внутренней концентрацией поставщика услуг. В 300 K это равно 1.45*1010 1/cm3.

  • QB=qWNB*AREA фоновый заряд базы оператора мобильной связи, где:

    • NB является основным легированием.

    • AREA является областью устройства.

Биполярное Эмиттерное Базовое напряжение

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между эмиттерным базовым напряжением, Veb, и эмиттерно-основной емкостью, Qeb.

Применимая область значений значений QebСоответствующее уравнение Veb

Qeb<0

Veb=Vebj

Qbi>Qeb0

Vebmin=min(Vebj,Vebd)

Qeb>Qbi

Veb=Vebd

В этих уравнениях:

  • Vebj=Vbi(QebQbi)22qNBεsiA2эмиттерно-основное напряжение истощения.

  • Vbi является сборкой - в напряжении.

  • Qbi=AREA*2εsiqNB*Vbi сборка перехода эмиттер-база - в напряжении.

  • Vebd=kTqln[(P0ni2+1NB)(NB+P0)]DCμnclnP0+NBNBэмиттерно-основное напряжение диффузии.

Анодный ток

Анодный ток получен из этого уравнения:

IT=VaeRb*SCALE,

где:

  • Vae является приложенным анодно-эмиттерным напряжением.

  • Rb является модулируемым проводимостью основным сопротивлением.

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между модулируемым проводимостью основным сопротивлением, Rb, и эмиттерно-основной емкостью, Qeb.

Применимая область значений значений QebСоответствующее уравнение Rb

Qeb<0

Rb=Wq*MUN*AREA*NB

Qeb0

Rb=Wq*μeff*AREA*neff

В этих уравнениях:

  • μeff является эффективной мобильностью поставщика услуг.

  • neff является эффективной базовой концентрацией легирования.

  • MUN является электронной мобильностью.

μeff и neff получены с помощью этих уравнений:

μnc=1(1μn+1μc)μpc=1(1μp+1μc)μeff=μnc+μpcQeb(Qeb+QB)Dc=2kTqμncμpcμnc+μpcL=Dc*TAUP0=Qq*AREA*LtanhW2Lneff=W2LNB2+P02csch(WL)arctanh[NB2+P02csch(WL)tanh(W2L)NB+P0csch(WL)tanh(W2L)]δ¯p=P0sinh(W2L)sinh(WL)

где:

  • μnc является электронным поставщиком услуг, рассеивающим мобильность.

  • μpc является поставщиком услуг отверстия, рассеивающим мобильность.

  • Dc является поставщиком услуг-поставщиком услуг, рассеивающим диффузивность.

  • L является амбиполярной продолжительностью диффузии.

  • P0 является концентрацией поставщика услуг в конце эмиттера основы.

  • δp¯ средняя концентрация поставщика услуг в основе.

Сформируйте лавину текущего умножения

Лавинное текущее умножение получено из этого уравнения:

Imult=(M1)(Imos+Icss+Iccer)+M*Igen,

где:

  • Igen=SCALETAUqniAREA2εsiVbcqNBоснова коллектора тепло сгенерированный ток.

  • Icss является установившимся током коллектора.

  • Imos является текущим каналом MOSFET.

  • Iccer является эмиттерным коллектором текущим перераспределением.

Это уравнение задает отношение между напряжением основного коллектора, Vbc, и лавинным коэффициентом умножения, M:

M=11(VbcBVcbo)BVN,

где:

  • BVcbo=BVF*5.34e13*NB0.75открыто-основное эмиттерное коллектором напряжение пробоя.

  • BVF является лавинным фактором однородности.

  • BVN является лавинной экспонентой умножения.

Модель емкости

Емкость затвор-исток получена из этого уравнения:

Qgs=CGS*Vgs*SCALE.

Емкость сток-исток получена из этого уравнения:

Qds=q(AREAAGD)*NB*Wdsj*SCALE,

где Wdsj = Wbcj является шириной истощения источника дренажа.

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между емкостью затвор-сток, Qdg, и напряжением затвора дренажа, Vdg

Применимая область значений значений VdgСоответствующее уравнение Qdg

Vdg+VTD0

Qdg=Cgdo*Vdg*SCALE

Vdg+VTD>0

Qdg=[qNBεsiAGDCOXD(COXD*Wdgjεsilog(1+COXD*Wdgjεsi))Cgdo*VTD]*SCALE

В этих уравнениях:

  • Cgdo=COXD*AGD окисная емкость перекрытия дренажа логического элемента.

  • Vdg является напряжением затвора дренажа.

  • εsi является проницаемостью кремния.

  • Wdgj=2εsi(Vdg+VTD)qNB ширина истощения перекрытия логического элемента дренажа.

  • VTD является Gate-drain overlap depletion threshold, VTD.

  • COXD является Gate-drain oxide capacitance per unit area, COXD.

  • AGD является Gate-drain overlap area, AGD.

  • NB является Base doping, NB.

Это уравнение показывает отношение между эмиттерным коллектором текущим перераспределением, Iccer, и эмиттерной коллектором емкостью перераспределения, Ccer:

Iccer=Ccer*dVecdt*SCALE,

где Vec является напряжением эмиттерного коллектора.

Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между эмиттерной коллектором емкостью перераспределения, Ccer, и эмиттерно-основной емкостью, Qeb.

Применимая область значений значений QebСоответствующее уравнение Ccer

Qeb>0

Ccer=QebCbcj3QB+Cmin*AREA

Qeb0

Ccer=CminAREA

В этих уравнениях:

  • Cbcj является емкостью истощения основного коллектора.

  • QB=qWNB*AREA фоновый заряд базы оператора мобильной связи.

Неявный эмиттерно-основной конденсаторный ток получен из этого уравнения:

Iqeb=dQebdt*SCALE.

Транзисторная температура

Можно использовать эти опции, чтобы задать транзисторную температуру, T:

  • Фиксированная температура — блок использует температуру, которая независима от температуры схемы, когда параметр Model temperature dependence using в настройках Temperature блока SPICE NIGBT устанавливается на Fixed temperature. Для этой модели блок устанавливает T, равный TFIXED.

  • Температура устройства — блок использует температуру, которая зависит от температуры схемы, когда параметр Model temperature dependence using в настройках Temperature блока SPICE NIGBT устанавливается на Device temperature. Для этой модели блок задает температуру как

    T=TC+TOFFSET

    где:

    • TC является температурой схемы.

      Если нет блока Environment Parameters в схеме, TC равен 300.15 K.

      Если существует блок Environment Parameters в схеме, TC равен значению, которое вы задаете для параметра Temperature в настройках SPICE блока Environment Parameters. Значением по умолчанию для параметра Temperature является 300.15 K.

    • TOFFSET является смещением локальная температура схемы.

Порты

Обратитесь к фигуре для местоположений порта.

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставлен с выводом затвора IGBT.

Электрический порт сохранения сопоставлен с терминалом коллектора IGBT.

Электрический порт сохранения сопоставлен с эмиттерным терминалом IGBT.

Параметры

развернуть все

Размерности

Область перекрытия дренажа логического элемента. Значение должно быть больше 0.

Область устройства. Значение должно быть больше 0.

Количество параллельных транзисторов блок представляет. Значение должно быть целым числом, больше, чем 0.

Общий

Мобильность электронов.

Мобильность отверстия.

Легирование основы.

МОП-транзистор

Фактор области триода.

Производная дренажа, текущего относительно напряжения затвора. Значение должно быть больше или быть равно 0

Пороговое напряжение.

Поперечный полевой фактор.

БИПОЛЯРНЫЙ ПЛОСКОСТНОЙ ТРАНЗИСТОР

Амбиполярное recombination время жизни.

Ширина металлургической основы.

Плотность эмиттерного текущего насыщения.

Сформируйте лавину фактора однородности.

Сформируйте лавину экспоненты умножения.

Емкость

Емкость затвор-исток на единичную площадь.

Область емкости на единицу длины окиси дренажа логического элемента.

Порог истощения перекрытия дренажа логического элемента.

Задать ли начальное условие.

Начальное напряжение условия ICVGE.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Specify initial condition на Yes.

Начальное напряжение условия ICVCE.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Specify initial condition на Yes.

Температура

Опции для моделирования транзисторной зависимости температуры:

  • Device temperature — Используйте температуру устройства для температурной зависимости модели.

  • Fixed temperature — Используйте температуру, которая независима от температуры схемы к температурной зависимости модели.

Для получения дополнительной информации смотрите Температурную Зависимость.

Транзисторная температура симуляции. Значение должно быть больше 0 K.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model temperature dependence using на Fixed temperature.

Температура, при которой измеряются параметры транзистора. Значение должно быть больше 0 K.

Сумма, которой транзисторная температура отличается от температуры схемы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model temperature dependence using на Device temperature.

Ссылки

[1] Hefner, A.R. и Diebolt, D.M. Экспериментально проверенная модель IGBT реализована в средстве моделирования схемы Сабли. Транзакции IEEE на Силовой электронике 9, № 5 (сентябрь 1994): 532-42. https://doi.org/10.1109/63.321038.

[2] Hefner, A.R., Полупроводниковая технология измерения младшая: INSTANT - Симуляция Сети IGBT и Инструмент Анализа переходных процессов. Американский Отдел администрации Коммерции/Технологии, Национального института стандартов и технологий. 1992.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введенный в R2020a

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте