Exponenta Banner
exponenta event banner

Диод

Кусочный или экспоненциальный диод

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрические/Полупроводники и преобразователи

  • Diode block

Описание

Диодный блок может представлять либо кусочно-линейный диод, экспоненциальный диод, либо диод с табличной I-V кривой.

Кусочный линейный диод

Кусочно-линейная диодная модель является той же моделью, что и Simscape™ > Библиотека фундаментов > Electrical > Electrical Elements > Diode block, с добавлением емкости фиксированного перехода и опциональной динамики заряда. Если прямое напряжение диода превышает значение, указанное в параметре прямого напряжения, диод ведет себя как линейный резистор с сопротивлением, указанным в параметре On resistance. В противном случае диод ведет себя как линейный резистор с малой проводимостью, указанной в параметре Off conductence. Нулевое напряжение на диоде приводит к протеканию нулевого тока.

Экспоненциальный диод

Экспоненциальная модель диода представляет следующее соотношение между током диода I и напряжением диода V:

I=IS⋅ (eqVNkTm1 − 1) V>−BVI=−IS⋅ (e − q (V + Vz) kTm1 − eqVNkTm1) V≤−BV

где:

  • q - элементарный заряд на электроне (1.602176e-19 кулонов).

  • k - постоянная Больцмана (1.3806503e-23 Дж/К).

  • BV - значение параметра напряжения обратного пробоя.

  • N - коэффициент излучения.

  • IS - ток насыщения.

  • Tm1 - температура, при которой задаются параметры диода, определяемые значением параметра Measurement temperature.

Когда (qV/ NkTm1) > 80, блок заменяет eqVNkTm1 на (qV/ NkTm1 - 79) e80, что соответствует градиенту диодного тока при (qV/ NkTm1) = 80 и линейно экстраполируется. Когда (qV/ NkTm1) < -79, блок заменяет eqVNkTm1 на (qV/ NkTm1 + 80) e-79, который также соответствует градиенту и линейно экстраполируется. Типичные электрические цепи не достигают этих экстремальных значений. Блок обеспечивает эту линейную экстраполяцию для облегчения сходимости при решении ограничений во время моделирования.

При выборе Use parameters IS and N для параметра Параметризация (Parameterization) указывается диод в терминах параметров IS тока насыщения и N коэффициента эмиссии. При выборе Use two I-V curve data points для параметра Параметризация (Parameterization) задаются две точки измерения напряжения и тока на кривой I-V диода, и блок выводит значения IS и N. Затем блок вычисляет IS и N следующим образом:

  • N = ((V1 − V2 )/Vt )/( log (I1) − log (I2))

  • IS = (I1/ (exp (V1/ (NVt)) − 1) + I2/( exp (V2/ (NVt)) − 1) )/2

где:

  • Vt = kTm1/q.

  • V1 и V2 - значения в векторе напряжений [V1 V2].

  • I1 и I2 - значения в векторе токов [I1 I2].

При выборе Use an I-V data point and IS для параметра Параметризация (Parameterization) блок вычисляет N следующим образом:

N = V1/( Vtlog (I1IS + 1))

При выборе Use an I-V data point and N для параметра Параметризация (Parameterization) блок вычисляет IS следующим образом:

IS = I1/( exp (V1/ (NVt) − 1))

Диод в таблице

Для моделирования диода в таблице задайте для параметра модели диода значение Tabulated I-V curve. На этом рисунке показана реализация опции диода в таблице:

При выборе этой параметризации необходимо предоставить данные только для смещения вперед. Если диод смещен в обратном направлении, он моделируется как постоянная проводимость в выключенном состоянии, заданная параметром Off conductence. Значение проводимости Off должно быть меньше градиента прямой I-V кривой для малых положительных напряжений.

Блок реализует диод с помощью опции плавной интерполяции. Если диод превышает предоставленный табличный диапазон данных, блок использует метод линейной экстраполяции в последней точке данных напряжения-тока.

Примечание

Диод в таблице не моделирует обратный пробой.

Емкость соединения

Блок обеспечивает возможность включения емкости перехода:

  • При выборе Include fixed or zero junction capacitance для параметра Параметризация емкость фиксирована.

  • При выборе Use parameters CJO, VJ, M & FC для параметра Параметризация блок использует коэффициенты CJO, VJ, M и FC для вычисления емкости перехода, которая зависит от напряжения перехода.

  • При выборе Use C-V curve data points для параметра параметризации блок использует три значения емкости на кривой емкости C-V для оценки CJO, VJ и M и использует эти значения с заданным значением FC для вычисления емкости перехода, которая зависит от напряжения перехода. Блок вычисляет CJO, VJ и M следующим образом:

    • CJ0 = C1 ((VR2 − VR1 )/( VR2 − VR1 (C2/C1) − 1/М)) М

    • VJ = − (− VR2 (C1/C2) − 1/M + VR1 )/( 1 − (C1/C2) − 1/M)

    • M = log (C3/C2 )/log (VR2/VR3)

    где:

    • VR1, VR2 и VR3 - значения в векторе обратных напряжений смещения [VR1 VR2 VR3].

    • C1, C2 и C3 - значения в векторе соответствующих емкостей [C1 C2 C3].

    Обратные напряжения смещения (определенные как положительные значения) должны удовлетворять VR3 > VR2 > VR1. Это означает, что емкости должны удовлетворять C1 > C2 > C3, поскольку обратное смещение расширяет область истощения и, следовательно, уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения VR2 и VR3 должны находиться на значительном расстоянии от потенциала соединения VJ. Напряжение VR1 должно быть меньше потенциала соединения VJ, при типичном значении для VR1 0,1 В.

Зависимая от напряжения емкость перехода определяется в терминах накопления Qj заряда конденсатора как:

  • Для V < FC· VJ:

    Qj=CJ0⋅ (VJ/( M − 1)) ⋅ ((1 − V/VJ) 1 − M − 1)

  • Для V ≥ FC· VJ:

    Qj=CJ0⋅F1+ (CJ0/F2) ⋅ (F3⋅ (V−FC⋅VJ) + 0,5 (M/VJ) ⋅ (V2 − (FC⋅VJ) 2))

где:

  • F1 = (VJ/( 1 − M)) ⋅ (1 − (1 − FC) 1 − M))

  • F2 = (1 − FC) 1 + M))

  • F3=1−FC⋅ (1 + M)

Эти уравнения те же, что и в [2], за исключением того, что температурная зависимость VJ и FC не моделируется.

Динамика расходов

Для таких применений, как коммутационные диоды, может быть важно моделировать динамику заряда диода. Когда диод с прямым смещением имеет обратное напряжение, приложенное к нему, требуется время, чтобы заряд рассеялся, и, следовательно, чтобы диод отключился. Время, затрачиваемое диодом на выключение, захватывается главным образом параметром времени прохождения. Как только диод выключен, любой оставшийся заряд затем рассеивается, скорость, с которой это происходит, определяется временем жизни носителя.

Диодный блок использует модель Лауритцена и Ма [3] для фиксации этих эффектов. Это определяющие уравнения.

i = qE − qMTM(1)
dqMdt + qMstart− qE − qMTM = 0(2)
qE = (start+ TM) i(3)
где:

  • i - ток диода.

  • qE - соединительный заряд.

  • qM - общая сохраненная стоимость.

  • TM - время прохождения.

  • start- время жизни носителя.

  • vD - напряжение на диоде.

  • vF - прямое напряжение диода.

  • R - диод сопротивления.

  • G - проводимость отключения диода.

На этом рисунке показана типичная токовая характеристика обратного режима для диодного устройства.

где:

  • iRM - пиковый обратный ток.

  • iF - начальный прямой ток при измерении iRM.

  • а - скорость изменения тока при измерении iRM.

  • trr - обратное время восстановления.

В листах технических данных для диодов указаны значения пикового обратного тока для начального прямого тока и постоянной скорости изменения тока. В спецификации также могут быть указаны значения времени обратного восстановления и общей платы за восстановление.

Как блок вычисляет TM и Tau

Блок вычисляет транзитное время TM и время жизни оператора, основываясь на значениях, введенных для параметров Charge Dynamics. Для решения уравнений динамики заряда 1, 2 и 3 блок использует ТМ и

При начальном падении тока в обратном режиме диод по-прежнему включен, и скорость изменения тока определяется внешней тестовой схемой.

Сначала блок использует уравнение 1 для выполнения этого вычисления.

iF + при = qE − qMTM(4)

Затем он подставляет уравнение 4 в уравнение 2.

dqMdt + qMstart= iF + при(5)

Затем решает уравнение 5 для qM,

qM=iFτ−aτ2+kexp (tτ) +aτt,(6)
где k - константа.

Если t равно нулю, то i = iF и qM = startiF, поскольку система находится в устойчивом состоянии.

Подстановка этих соотношений в уравнение 6 и решение уравнения даёт k = α 2.

Поэтому

qM=iFτ + aτ2 (1exp (tτ) −1) +aτt.(7)
В момент времени t = ts ток равен iRM, а соединительный заряд qE равен нулю.

Блок подставляет эти значения в уравнение 1.

iRM = − qMTM(8)
Блок перестраивает уравнение 8 для решения для qM и подставляет результат в уравнение 7.
−TMiRM=iFτ + aτ2 (1exp (tsτ) −1) +aτts(9)

Затем блок выражает время ts в терминах iRM, iF и a.

ts = iRM − iFa(10)

Рассмотрим восстановление диода, то есть когда t > ts. Диод смещен в обратном направлении, а ток и заряд перехода фактически равны нулю.

Ток определяется этим уравнением.

i = iRMexp [− (t − ts) startrr],(11)

где:

1τrr=1τ + 1TM.(12)

Блок теперь связывает выражение в уравнении 12 с обратным временем восстановления trr.

Когда t = iRMa + trr, ток равен iRM10.

Поэтому

exp (− t − tarr) = 0,1(13)
и
trr = startrrlog (10) + iRMa.(14)

Блок использует уравнения 9 и 14 для вычисления значений ТМ и Вычисление использует итеративную схему из-за экспоненциального члена в уравнении 9.

Альтернативы прямому заданию trr

Помимо непосредственного указания времени обратного восстановления, блок поддерживает две альтернативные параметризации. Блок может выводить trr из любого из следующих параметров:

  • Коэффициент λ обратного времени восстановления

  • Обратный сбор за восстановление Qrr, если в спецификации указано это значение вместо обратного времени восстановления.

Соотношение между коэффициентом λ растяжения времени обратного восстановления и trr выражается уравнением

λ = trraiRM.

Время обратного восстановления должно быть больше iRMa, а типичное значение равно 3 (iRMa).

Поэтому типичное значение λ равно 3. λ должно быть больше 1.

Обратный восстановительный заряд Qrr является интегралом во времени обратного тока от точки, где ток становится отрицательным до тех пор, пока он не затухает до нуля.

Начальный заряд к времени ts (как показано на рисунке) выражается следующим уравнением:

Qs = 12 (− iRM) iRMa.(15)

Интегрирующее уравнение 11 дает заряд между временами ts и inf. этот заряд равен

tirrRM.

Следовательно, полный обратный заряд восстановления задается этим уравнением:

Qrr = − iRM22a + startrriRM.(16)

Переупорядочивание уравнения 16 с целью решения для, и подстановка результата в уравнение 14 дает уравнение, которое выражает trr в терминах Qrr:

trr = (QrRM + iRM2a) log (10) + iRMa.

Динамика заряда с неисправностями

Когда устройство неисправно, диодный блок вычисляет заряд перехода как

qE = (start+ TM) идиод,

где:

  • idiode - ток диода без модели заряда.

  • qE - соединительный заряд.

  • TM - время прохождения.

  • start- время жизни носителя.

Это уравнение затем определяет значение диодного тока:

dqMdt + qMstart− qE − qMTM = 0i = qE − qMTMQscale − (Qscale − 1) идиод

где:

  • i - ток диода.

  • qM - общая сохраненная стоимость.

  • Qscale - текущее значение коэффициента заряда.

Температурная зависимость

Поведение диодного блока по умолчанию заключается в том, что зависимость от температуры не моделируется, а устройство моделируется при температуре, для которой предоставляются параметры блока. Экспоненциальная диодная модель содержит несколько вариантов моделирования зависимости зависимости тока-напряжения диода от температуры при моделировании. Температурная зависимость емкости перехода не моделируется, поскольку она имеет гораздо меньший эффект.

При включении температурной зависимости уравнение, определяющее диод, остается прежним. Измеренное значение температуры Tm1 заменяется расчетной температурой Ts. Ток насыщения, IS, становится функцией температуры согласно следующему уравнению:

ISTs=ISTm1⋅ (Ts/Tm1) XTI/N⋅exp (− EGNkTs (1 − Ts/Tm1))

где:

  • Tm1 - температура, при которой задаются параметры диода, определяемые значением параметра Measurement temperature.

  • Ts - температура моделирования.

  • ISTm1 - ток насыщения при температуре измерения.

  • IST - ток насыщения при температуре моделирования. Это значение тока насыщения, используемое в стандартном диодном уравнении при моделировании температурной зависимости.

  • EG - энергетический зазор для полупроводникового типа, измеренный в джоулях (J). Значение для кремния обычно принимается равным 1,11 эВ, где 1 эВ равно 1,602е-19.

  • XTI - показатель температуры тока насыщения. Обычно это значение равно 3,0 для диодов с pn-переходом и 2,0 для барьерных диодов Шоттки.

  • N - коэффициент излучения.

  • k - постоянная Больцмана (1.3806503e-23 Дж/К).

Соответствующие значения для XTI и EG зависят от типа диода и используемого полупроводникового материала. Значения по умолчанию для определенных типов материалов и диодов фиксируют приблизительное поведение с температурой. Блок предоставляет значения по умолчанию для обычных типов диодов.

На практике значения XTI и EG нуждаются в настройке для моделирования точного поведения конкретного диода. Некоторые производители цитируют эти настроенные значения в сетевом списке SPICE, и можно считать соответствующие значения. В противном случае можно определить улучшенные оценки для EG, используя определенную в таблице данных точку данных ток-напряжение при более высокой температуре. Блок предоставляет для этого опцию параметризации. Он также дает возможность непосредственно задавать ток насыщения при более высокой температуре ISTm2.

Можно также настроить значения XTI и EG самостоятельно, чтобы сопоставить лабораторные данные для конкретного устройства. Для настройки значений XTI и EG можно использовать программное обеспечение Simulink ® Design Optimization™.

Внимание

Температурное поведение устройства также зависит от коэффициента излучения. Неподходящее значение коэффициента эмиссии может дать неверную температурную зависимость, поскольку ток насыщения является функцией отношения EG к N.

Если определяют конечное напряжение обратного пробоя (BV), то значение обратного BV модулируется коэффициентом температуры обратного пробоя TCV (задается с помощью коэффициента температуры обратного пробоя, параметр dBV/dT):

BVT = BVTm1 - TCV· (Ts - Tm1)(17)

Ошибки

Блок «Диод» позволяет моделировать три типа неисправностей:

  • Open - Отказ из-за выгорания металлизации.

  • Short - Отказ из-за пробоя.

  • Parameter shift - Отказ из-за старения.

Блок может инициировать события отказа:

  • В определенное время

  • При превышении предела тока, предела напряжения или температурного предела более чем на определенный интервал времени

Эти триггерные механизмы можно включать или отключать отдельно или использовать вместе, если при моделировании требуется несколько триггерных механизмов. Если активизировано несколько механизмов, приоритет имеет первый механизм, инициирующий отказ. Другими словами, компонент выходит из строя не более одного раза при моделировании.

С помощью параметра Reporting when a fault можно также выбрать, выдавать ли утверждение при возникновении сбоя. Утверждение может иметь форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает утверждение.

Варианты моделирования

Блок предоставляет вариант теплового моделирования. Чтобы выбрать вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели. В контекстном меню выберите «Simscape» > «Block choices», а затем один из следующих вариантов:

  • Без теплового порта - этот вариант не моделирует тепловыделение в устройстве. Этот вариант является вариантом по умолчанию.

  • Показать тепловой порт (Show thermal port) - этот вариант содержит тепловой порт, который позволяет моделировать тепло, генерируемое потерями проводимости. Для численной эффективности тепловое состояние не влияет на электрическое поведение блока. По умолчанию тепловой порт скрыт. При выборе теплового варианта блока появляется тепловой порт.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы открыть тепловой порт, щелкните правой кнопкой мыши блок в модели, а затем в контекстном меню выберите Simscape > Block choices > Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отображает параметры теплового порта.

Используйте тепловой порт для моделирования влияния генерируемого тепла и температуры устройства. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов и о параметрах тепловых портов см. в разделе Моделирование тепловых эффектов в полупроводниках.

Переменные

Раздел «Переменные» интерфейса блока используется для установки приоритетов и начальных целевых значений для переменных блока перед моделированием. Дополнительные сведения см. в разделе Установка приоритета и начальной цели для переменных блока.

Допущения и ограничения

  • При выборе Use two I-V curve data points для параметра Параметризация (Parameterization) выберите пару напряжений вблизи напряжения включения диода. Обычно это находится в диапазоне от 0,05 до 1 В. Использование значений за пределами этого региона может привести к числовым проблемам и плохим оценкам для IS и N.

  • Блок не учитывает зависящие от температуры воздействия на емкость перехода.

  • Возможно, для предотвращения проблем с числовым моделированием потребуется использовать ненулевые значения омического сопротивления и емкости перехода, но моделирование может выполняться быстрее, если эти значения равны нулю.

  • Вы не можете использовать Tabulated I-V curve параметризация для моделирования обратной разбивки.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический консервационный порт, связанный с анодом.

Электрический консервационный порт, связанный с катодом.

Термосберегающий порт. Тепловой порт является необязательным и по умолчанию скрыт. Чтобы включить этот порт, выберите вариант, включающий тепловой порт.

Параметры

развернуть все

Главный

Выберите одну из следующих моделей диодов:

  • Piecewise Linear - использовать кусочно-линейную модель для диода, как описано в разделе Кусочно-линейный диод. Это метод по умолчанию.

  • Exponential - использовать стандартную экспоненциальную модель для диода, как описано в разделе Экспоненциальный диод.

  • Tabulated I-V curve - Используйте табличные данные I-V прямого смещения плюс фиксированную обратную проводимость обратного смещения, как описано в таблице «Диод».

Минимальное напряжение, которое должно быть приложено для смещения диода вперед.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Piecewise linear.

Сопротивление диода при прямом смещении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Piecewise linear.

Проводимость диода при обратном смещении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Piecewise linear или Tabulated I-V curve.

Выберите один из следующих методов параметризации модели.

  • Use two I-V curve data points - Укажите измеренные данные в двух точках на кривой I-V диода. Это метод по умолчанию.

  • Use parameters IS and N - Указать ток насыщения и коэффициент излучения.

  • Use an I-V data point and IS - Укажите измеренные данные в одной точке на кривой I-V диода в сочетании с током насыщения.

  • Use an I-V data point and N - Указать измеренные данные в одной точке на кривой I-V диода в сочетании с коэффициентом излучения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential.

Вектор значений тока в двух точках на кривой I-V диода, который блок использует для вычисления IS и N.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential и параметризация для Use two I-V curve data points.

Вектор значений напряжения в двух точках на кривой I-V диода, который блок использует для вычисления IS и N.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential и параметризация для Use two I-V curve data points.

Величина тока, к которому идеальное диодное уравнение приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential и параметризация для Use parameters IS and N или Use an I-V data point and IS.

Коэффициент диодной эмиссии или коэффициент идеальности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential и параметризация для Use parameters IS and N или Use an I-V data point and IS.

Значение тока в точке на кривой I-V диода, используемой блоком для вычислений. В зависимости от значения параметризации блок использует этот параметр для вычисления N или IS.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential и параметризация для Use an I-V data point and IS или Use an I-V data point and N.

Значение напряжения в точке на кривой I-V диода, используемой блоком для вычислений.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential и параметризация для Use an I-V data point and IS или Use an I-V data point and N.

Сопротивление подключения последовательного диода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Exponential.

Tm1 температуры, при которой измеряли IS или кривую I-V.

Прямые токи. Этот параметр должен быть вектором не менее трех неотрицательных элементов.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Tabulated I-V curve.

Вектор температур перехода.

Если размер вектора равен 1характеристики диода не зависят от температуры.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Tabulated I-V curve.

Вектор прямых напряжений. Этот параметр должен быть вектором не менее трех неотрицательных значений.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Tabulated I-V curve.

Количество диодов, соединенных последовательно между + и - портами блока. Несколько диодов не моделируются. Скорее, каждый диод имеет все связанные с напряжением величины, масштабированные на указанный множитель.

Число параллельных диодов, или число параллельных трактов, образованных последовательно соединенными диодами, между + - и - блочными портами. Несколько диодов не моделируются. Скорее, каждый диод имеет все связанные с током величины, масштабированные на указанный множитель.

Расстройство

Сопротивление диода, когда напряжение меньше значения напряжения обратного пробоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Piecewise linear.

Обратное напряжение, ниже которого моделируется быстрое увеличение проводимости при пробое диода. Значение по умолчанию: Inf V, что эффективно пропускает обратную поломку от модели.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для модели диода значение Piecewise linear или Exponential.

Емкость

Способ моделирования емкости перехода:

  • Fixed or zero junction capacitance - моделирование емкости перехода в виде фиксированного значения.

  • Use C-V curve data points - Укажите измеренные данные в трех точках на кривой диода C-V.

  • Use parameters CJ0, VJ, M & FC - Укажите емкость перехода с нулевым смещением, потенциал перехода, коэффициент градации и коэффициент истощения прямого смещения.

Фиксированное значение емкости перехода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Fixed or zero junction capacitance.

Вектор значений напряжения обратного смещения в трех точках на кривой диода C-V, которую блок использует для вычисления CJ0, VJ и M.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use C-V curve data points.

Вектор значений емкости в трех точках на кривой диода C-V, которую блок использует для вычисления CJ0, VJ и M.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use C-V curve data points.

Значение емкости, размещенной параллельно проводящему токовому члену.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Потенциал соединения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Коэффициент профилирования.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Коэффициент подгонки, который количественно определяет уменьшение расходуемой емкости при приложенном напряжении.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Выберите один из следующих методов параметризации динамики заряда:

  • Do not model charge dynamics - Не включать моделирование динамики заряда. Это метод по умолчанию.

  • Use peak reverse current and stretch factor - Моделирует динамику заряда, предоставляя значения пикового обратного тока iRM и коэффициента растяжения λ плюс информацию о начальном прямом токе и скорости изменения тока, используемого в испытательной цепи при измерении iRM и trr.

  • Use peak reverse current and reverse recovery time - моделирование динамики заряда путем предоставления значений пикового обратного тока iRM и времени обратного восстановления trr плюс информация об исходном прямом токе и скорости изменения тока, используемого в испытательной цепи при измерении iRM и trr. Используйте эту опцию, если в спецификации изготовителя не указаны значения времени прохождения TT и срока службы несущей.

  • Use peak reverse current and reverse recovery charge - моделирование динамики заряда путем предоставления значений пикового обратного тока iRM и обратного восстановительного заряда Qrr плюс информация о начальном прямом токе и скорости изменения тока, используемого в испытательной цепи при измерении iRM и trr.

  • Use transit time and carrier lifetime - Модельная динамика заряда за счет обеспечения значений времени прохождения ТТ и срока службы носителя

Пиковый обратный ток, измеренный внешней тестовой схемой. Это значение должно быть меньше нуля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use peak reverse current and stretch factor, Use peak reverse current and reverse recovery time, или Use peak reverse current and reverse recovery charge.

Начальный прямой ток при измерении пикового обратного тока. Это значение должно быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use peak reverse current and stretch factor, Use peak reverse current and reverse recovery time, или Use peak reverse current and reverse recovery charge.

Скорость изменения тока при измерении пикового обратного тока. Это значение должно быть меньше нуля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use peak reverse current and stretch factor, Use peak reverse current and reverse recovery time, или Use peak reverse current and reverse recovery charge.

Значение, которое блок использует для вычисления времени обратного восстановления, trr. Это значение должно быть больше 1. Значение по умолчанию: 3.

Определение коэффициента растяжения является более простым способом параметризации времени обратного восстановления, чем задание обратного заряда восстановления. Чем больше значение коэффициента растяжения, тем дольше рассеивается обратный восстановительный ток.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use peak reverse current and stretch factor.

Время между точкой, где ток первоначально переходит в ноль, когда диод выключается, и точкой, где ток падает до менее чем десяти процентов пикового обратного тока. Значение по умолчанию: 115 ns.

Значение параметра Reverse recovery time, trr должно быть больше, чем значение параметра Peak reverse current, iRM деленное на значение параметра Rate of change of current при измерении параметра iRM.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use peak reverse current and reverse recovery time.

Значение, которое блок использует для вычисления времени обратного восстановления, trr. Используйте этот параметр, если в спецификации для диодного устройства указано значение обратного заряда восстановления вместо значения обратного времени восстановления.

Обратный восстановительный заряд - это суммарный заряд, который продолжает рассеиваться при отключении диода. Значение должно быть меньше − i2RM2a ,

где:

  • iRM - значение, указанное для пикового обратного тока, iRM.

  • a - значение, заданное для скорости изменения тока при измерении iRM.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Specify reverse recovery charge.

Измерение продолжительности перехода носителей через диодный переход.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use transit time and carrier lifetime.

Измерение продолжительности рассеяния носителей после того, как диод перестает быть проводящим. Значение по умолчанию: 100 ns.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Динамика расходов значение Use transit time and carrier lifetime.

Температурная зависимость

Этот раздел применим к Exponential и Tabulated I-V curve только модели диодов.

В этой таблице показано, как видимость параметра Температурная зависимость (Temperature Dependence) зависит от того, как настраивается параметр модели Диод (Diode) в параметре Основной (Main) и отображается ли тепловой порт. Сведения о прочтении этой таблицы см. в разделе Зависимости параметров

Видимость настройки температурной зависимости

Параметры, параметры и видимость настройки
Диодная модель
Piecewise linearExponentialTabulated I-V curve
Тепловой портТепловой портТепловой порт
Not exposedExposedNot exposedExposedNot exposedExposed
СкрытыйСкрытыйВидимыйВидимыйВидимыйСкрытый

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

  • None - Use characteristics at parameter measurement temperature - температурная зависимость не моделируется, или модель моделируется при Tm1 температуры измерения (как определено параметром Measurement temperature на вкладке Main). Это метод по умолчанию.

  • Use an I-V data point at second measurement temperature T2 - при выборе этой опции задается вторая Tm2 температуры измерения, а также значения тока и напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первом Tm1 температуры измерения для вычисления значения энергетического зазора.

  • Specify saturation current at second measurement temperature T2 - при выборе этой опции задается вторая Tm2 температуры измерения и значение тока насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первом Tm1 температуры измерения для вычисления значения энергетического зазора.

  • Specify the energy gap EG - укажите непосредственно значение энергетического зазора.

Укажите значение I1 тока диода при V1 напряжения при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature.

Укажите значение V1 напряжения диода при I1 тока при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature.

Укажите значение тока насыщения IS при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Specify saturation current at second measurement temperature.

Укажите значение для второй температуры измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature или Specify saturation current at second measurement temperature.

Выберите значение энергетического промежутка из списка заданных опций или укажите пользовательское значение:

  • Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) - Это значение по умолчанию.

  • Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV)

  • Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV)

  • Use nominal value for germanium (EG=0.67eV)

  • Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV)

  • Use nominal value for selenium (EG=1.74eV)

  • Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV)

  • Specify a custom value - При выборе этой опции в диалоговом окне появится параметр Энергетический промежуток, EG, позволяющий задать пользовательское значение для EG.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Specify the energy gap EG.

Укажите пользовательское значение для энергетического промежутка, EG.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию энергетического зазора в значение Specify a custom value.

Выберите одну из следующих опций, чтобы задать текущее значение степени температуры насыщения:

  • Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) - Это значение по умолчанию.

  • Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2)

  • Specify a custom value - При выборе этой опции в диалоговом окне появится параметр XTI «Степень текущей температуры насыщения», позволяющий задать пользовательское значение XTI.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature, Specify saturation current at second measurement temperature, или Specify the energy gap, EG.

Укажите пользовательское значение для степени текущей температуры насыщения XTI.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature, Specify saturation current at second measurement temperature, или Specify the energy gap, EG и параметризация степени текущей температуры насыщения в Specify a custom value.

Модулировать напряжение обратного пробоя BV. Если определить напряжение обратного пробоя BV как положительную величину, положительное значение для TCV подразумевает, что величина напряжения обратного пробоя уменьшается с температурой.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature, Specify saturation current at second measurement temperature, или Specify the energy gap, EG.

Укажите значение температуры Ts, при которой будет моделироваться устройство.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметризацию в значение Use an I-V data point at second measurement temperature, Specify saturation current at second measurement temperature, или Specify the energy gap, EG.

Ошибки

Выбрать Yes для включения моделирования неисправностей и предоставления параметров, позволяющих выбрать метод отчетности и указать механизм триггера.

Отчет о моделировании при возникновении неисправности:

  • None - не создает предупреждение или ошибку.

  • Warn - генерирует предупреждение.

  • Error - Моделирование останавливается и генерирует ошибку.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes.

Укажите режим отказа диодного блока:

  • Open - Отказ из-за выгорания металлизации.

  • Short - Отказ из-за пробоя.

  • Parameter shift - Отказ из-за старения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes.

Постоянная времени для перехода в неисправное состояние.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes.

Последовательное сопротивление в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Fault mode to Open.

Параллельная проводимость в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Fault mode to Short.

Прямое напряжение в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

О сопротивлении в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Выключение проводимости в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear или Tabulated I-V curve.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Выключение проводимости в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Напряжение обратного пробоя в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear или Exponential.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

I1 и I2 токи в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Параметризация для Use two I-V curve data points.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

V1 и V2 напряжения в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Параметризация для Use two I-V curve data points.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Омическое сопротивление в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Ток насыщения в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Параметризация для Use parameters IS and N или Use an I-V data point and IS.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Коэффициент эмиссии в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Параметризация для Use parameters IS and N или Use an I-V data point and N.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Ток в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Параметризация для Use an I-V data point and IS или Use an I-V data point and N.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Напряжение в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Exponential.

  • Параметризация для Use an I-V data point and IS или Use an I-V data point and N.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Прямые токи If (Tj, Vf) в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Tabulated I-V curve.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Прямые токи Vf в неисправном состоянии.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Tabulated I-V curve.

  • Включить отказы для Yes.

  • Режим отказа для Parameter shift.

Емкость и заряд в неисправном состоянии в процентах от ненарушенного.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes.

Включение временного триггера отказа.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes.

Время моделирования, в которое блок должен войти в неисправное состояние.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Включить временной триггер отказа для Yes.

Включить ли триггер поведенческого сбоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes.

Максимальное обратное напряжение, выше которого может возникнуть неисправность.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Количество раз, когда диод должен превысить порог обратного напряжения перед срабатыванием неисправности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Максимально допустимое значение тока. Если при превышении текущего параметра значение тока превышает значение параметра Time to fail, то блок переходит в неисправное состояние.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Время, в течение которого ток должен постоянно превышать максимально допустимый ток до возникновения поведенческого сбоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Максимальное восстановление диода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Enable fails значение Yes и Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Максимально допустимое значение температуры. Если температура превышает это значение дольше, чем значение параметра Time to fail при превышении температуры, то блок переходит в неисправное состояние.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear.

  • Включить отказы для Yes.

  • Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Время, в течение которого температура должна постоянно превышать максимально допустимую температуру до возникновения поведенческого сбоя.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите:

  • Диодная модель в Piecewise linear.

  • Включить отказы для Yes.

  • Включить триггер поведенческого сбоя для Yes.

Тепловой порт

Используйте тепловой порт для моделирования влияния генерируемого тепла и температуры устройства. Дополнительные сведения об использовании тепловых портов и о параметрах тепловых портов см. в разделе Моделирование тепловых эффектов в полупроводниках.

Примеры модели

Quantifying IGBT Thermal Losses

Количественная оценка тепловых потерь IGBT

Формирование температурного профиля на основе потерь коммутации и проводимости в биполярном транзисторе с изолированным затвором (IGBT). Есть два конвертера. Для одного преобразователя IGBT присоединяется к тепловой модели Фостера. Для другого преобразователя IGBT присоединяется к тепловой модели Кауэра. Параметры тепловых моделей настроены на получение примерно эквивалентных результатов. Во время моделирования 50 мс частота возбуждения изменяется от 40kHz до 20kHz, что увеличивает потери на проводимость и уменьшает потери на переключение. Изменение потерь приводит к соответствующему изменению температуры БТИЗ.

Schottky Barrier Diode Characteristics

Характеристики барьерного диода Шоттки

Формирование кривой зависимости тока от напряжения для барьерного диода Шоттки. Определите вектор температур, для которого необходимо построить график характеристик, двойным щелчком мыши щелкните по блоку «Определение температур для тестов». Выполните тесты и постройте график I-V кривых, щелкнув модель на гиперссылке «plot curves».

Ссылки

[1] МН. Ахмед и Пи Джей Спредбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2-е издание. Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press, 1984.

[2] Г. Массобрио и П. Антогнетти. Моделирование полупроводниковых приборов с помощью SPICE. 2-е издание. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1993.

[3] Лауритцен, P.O. и C.L. Ma. «Модель простого диода с обратным восстановлением». Транзакции IEEE ® по силовой электронике. т. 6, № 2, апрель 1991, стр. 188-191.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

| | | | | |

Темы

Представлен в R2008a

Документация Simscape Electrical

Поддержка