exponenta event banner

ПРЯНОСТЬ НИГБТ

SPICE-совместимый N-канальный изолированный затвор биполярный транзистор

  • Библиотека:
  • Simscape/Electrical/Дополнительные компоненты/SPICE Полупроводники

  • SPICE NIGBT block

Описание

Блок SPICE NIGBT моделирует биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) типа SPICE n.

SPICE, или программа моделирования с акцентом на интегральные схемы, является инструментом моделирования для электронных схем. Вы можете преобразовать некоторые подсхемы СПЕЦИИ в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™, используя блок Параметров Окружающей среды и СОВМЕСТИМЫЕ СО СПЕЦИЕЙ блоки от Дополнительной библиотеки Компонентов. Дополнительные сведения см. в разделе subcircuit2ssc.

На этом рисунке показана эквивалентная схема для блока SPICE NIGBT:

Уравнения

Переменные для уравнений блоков SPICE NIGBT включают в себя:

  • Переменные, определяемые путем задания параметров для блока SPICE NIGBT.

  • Температура, Т, то есть 300.15 K по умолчанию. Можно использовать другое значение, указывая параметры блока SPICE NIGBT или параметры блока SPICE NIGBT и блока параметров среды. Дополнительные сведения см. в разделе Температура транзистора.

Ток канала MOSFET

В этой таблице приведены уравнения, определяющие взаимосвязь между током канала МОП-транзистора Imos и напряжением источника затвора Vgs.

Применимый диапазон значений VgsСоответствующее уравнение Имоса

Vgs < VT

Imos = GMIN * Vds * SCALE

Vds≤Vgs−VTKF

Imos = SCALE * (KF * KP [(Vgs VT) Vds KF * Vds22] 1 + THETA * (Vgs − VT) + GMIN * Vds)

Vds > (Vgs VT) KF

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

В этих уравнениях:

  • Vds - напряжение стока-истока.

  • VT - пороговое напряжение.

  • KF - коэффициент триодной области.

  • КП - мостовая транспроводимость.

  • THETA - коэффициент поперечного поля.

Биполярный стационарный коллекторный ток

В этой таблице показаны уравнения, которые определяют взаимосвязь между установившимся коллекторным током Icss и базовой емкостью эмиттера Qeb.

Применимый диапазон значений QebСоответствующее уравнение Icss

Qeb < 0

Icss = 0

Qeb≥0

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

В этих уравнениях:

  • b = MUNMUP - коэффициент амбиполярной мобильности.

  • Dp = KBTq * MUP - коэффициент диффузии для отверстий.

  • W = WB Wbcj - ширина квази-нейтрального основания, где:

    • WB - ширина металлургического основания.

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

    • Vbc - напряжение базы-коллектора.

    • Vbi - встроенное напряжение, и оно равно 0.6 V

Биполярный стационарный базовый ток

В этой таблице показаны уравнения, которые определяют зависимость между установившимся базовым током Ibss и емкостью Qeb эмиттера.

Применимый диапазон значений QebСоответствующее уравнение Ibss

Qeb < 0

Ibss = 0

Qeb≥0

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

В этих уравнениях:

  • TAU - время существования амбиполярной рекомбинации.

  • JSNE - плотность тока насыщения эмиттера.

  • ni - внутренняя концентрация носителя. В 300 K оно равно 1.45*1010 1/cm3.

  • QB = qWNB * AREA - базовая плата мобильной несущей системы O&M, где:

    • NB - базовый допинг.

    • AREA - область устройства.

Биполярное напряжение эмиттера-базы

Эта таблица показывает уравнения, которые определяют зависимость между напряжением эмиттера-базы, Veb, и емкостью эмиттера-базы, Qeb.

Применимый диапазон значений QebСоответствующее уравнение Вэба

Qeb < 0

Veb = Vebj

Qbi>Qeb≥0

Vebmin = min (Vebj, Vebd)

Qeb > Qbi

Veb = Vebd

В этих уравнениях:

  • Vebj = Vbi (Qeb Qbi) 22qNBεsiA2is напряжение истощения эмиттера-базы.

  • Vbi - встроенное напряжение.

  • Qbi = AREA * 2εsiqNB * Vbi - встроенное напряжение соединения эмиттер-база.

  • Vebd = kTqln [(P0ni2 + 1NB) (NB + P0)] DCμnclnP0 + NBNB- напряжение диффузии эмиттер-база.

Ток анода

Ток анода получают из этого уравнения:

IT = VeyRb * SCALE,

где:

  • Vae - приложенное анодно-эмиттерное напряжение.

  • Rb - базовое сопротивление, модулированное проводимостью.

В этой таблице показаны уравнения, которые определяют зависимость между основным сопротивлением, модулированным проводимостью, Rb, и емкостью эмиттер-база, Qeb.

Применимый диапазон значений QebСоответствующее уравнение Rb

Qeb < 0

Rb = Wq * MUN * AREA * NB

Qeb≥0

Rb = Wq * мкеff * AREA * neff

В этих уравнениях:

  • мкеff - эффективная подвижность носителя.

  • neff - эффективная концентрация допинга в основе.

  • MUN - это подвижность электронов.

мкефф и нефф получают с использованием следующих 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:

  • micnc - подвижность рассеяния электронных носителей.

  • mc - подвижность рассеяния носителя дырок.

  • Dc - диффузия рассеяния носителя-носителя.

  • L - длина амбиполярной диффузии.

  • P0 - концентрация носителя на конце основания эмиттера.

  • δp - средняя концентрация носителя в основании.

Ток лавинного умножения

Ток лавинного умножения получается из этого уравнения:

Имульт = (М 1) (Имос + Иксс + Иксер) + М * Иген,

где:

  • Igen = SCALETAUqniAREA2αsiVbcqNB- ток, генерируемый тепловым способом на основе коллектора.

  • Icss - ток стационарного коллектора.

  • Imos - ток МОП-канала.

  • Iccer - ток перераспределения коллектор-эмиттер.

Это уравнение определяет зависимость между напряжением база-коллектор, Vbc, и коэффициентом лавинного умножения, M:

M = 11 (VbBVcbo) BVN,

где:

  • BVcbo = BVF * 5 .34e13 * NB − 0 75- напряжение пробоя коллектора-эмиттера с разомкнутой базой.

  • BVF - коэффициент лавинной однородности.

  • BVN - показатель степени лавинного умножения.

Емкостная модель

Емкость источника затвора получается из этого уравнения:

Qgs = CGS * Vgs * SCALE.

Емкость истока стока получается из этого уравнения:

Qds = q (AREA AGD) * NB * Wdsj * SCALE,

где Wdsj = Wbcj - ширина истощения стока-источника.

В этой таблице показаны уравнения, определяющие соотношение между емкостью затвора-стока, Qdg, и напряжением затвора-стока, Vdg

Применимый диапазон значений VdgСоответствующее уравнение Qdg

Vdg+VTD≤0

Qdg = Cgdo * Vdg * МАСШТАБ

Vdg + VTD > 0

Qdg = [qNBεsiAGDCOXD (COXD * Wdgjxpsilog (1 + COXD * Wdgjαsi)) Cgdo * VTD] * SCALE

В этих уравнениях:

  • Cgdo = COXD * AGD - оксидная емкость затворного стока.

  • Vdg - напряжение затвора стока.

  • αsi - диэлектрическая проницаемость кремния.

  • Wdgj = 2αsi (Vdg + VTD) qNB - ширина истощения затворов.

  • VTD - порог истощения перекрытия затворов-стоков, VTD.

  • COXD - емкость оксида затвора-стока на единицу площади, COXD.

  • AGD - зона перекрытия затворов и стоков, AGD.

  • NB - базовый допинг, NB.

Это уравнение показывает взаимосвязь между током перераспределения коллектор-эмиттер, Iccer, и емкостью перераспределения коллектор-эмиттер, Ccer:

Iccer = Ccer * dVecdt * SCALE,

где Vec - напряжение эмиттера-коллектора.

В этой таблице показаны уравнения, которые определяют соотношение между емкостью перераспределения коллектор-эмиттер, Ccer, и емкостью Qeb эмиттер-база.

Применимый диапазон значений QebСоответствующее уравнение Ccer

Qeb > 0

Ccer = QebCbcj3QB + Cmin * AREA

Qeb≤0

Ccer = CminAREA

В этих уравнениях:

  • Cbcj - емкость истощения основного коллектора.

  • QB = qWNB * AREA - базовая плата мобильной несущей в фоновом режиме.

Неявный ток конденсатора эмиттер-база получается из этого уравнения:

Iqeb = dQebdt * SCALE.

Температура транзистора

Можно использовать следующие опции для определения температуры транзистора, T:

  • Фиксированная температура (Fixed temperature) - в блоке используется температура, не зависящая от температуры контура, если для параметра Model temperature dependence using в настройках температуры блока SPICE NIGBT установлено значение Fixed temperature. Для этой модели блок устанавливает T равным TFIXED.

  • Температура устройства - в блоке используется температура, которая зависит от температуры цепи, если для параметра «Температурная зависимость модели» в настройках температуры блока SPICE NIGBT установлено значение Device temperature. Для этой модели блок определяет температуру как

    T = TC + TOFFSET

    где:

    • TC - температура контура.

      Если в цепи отсутствует блок параметров среды, то ТС равен 300,15 К.

      При наличии в цепи блока «Параметры среды» значение TC равно значению, заданному для параметра «Температура» в настройках SPICE блока «Параметры среды». Значением по умолчанию для параметра «Температура» является 300.15 K.

    • TOFFSET - температура смещенного локального контура.

Порты

Расположение портов см. на рисунке.

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения, связанный с клеммой затвора IGBT.

Электрический консервационный порт, связанный с клеммой коллектора IGBT.

Порт экономии электроэнергии, связанный с терминалом эмиттера IGBT.

Параметры

развернуть все

Размеры

Зона перекрытия затвора-стока. Значение должно быть больше 0.

Область устройства. Значение должно быть больше 0.

Количество параллельных транзисторов, представленных блоком. Значение должно быть целым числом больше 0.

Общая информация

Подвижность электронов.

Подвижность отверстия.

Допинг основы.

МОП-транзистор

Коэффициент области триода.

Производная тока стока от напряжения затвора. Значение должно быть больше или равно 0

Пороговое напряжение.

Коэффициент поперечного поля.

БИПОЛЯРНЫЙ ПЛОСКОСТНОЙ ТРАНЗИСТОР

Время жизни амбиполярной рекомбинации.

Ширина металлургического основания.

Плотность тока насыщения эмиттера.

Коэффициент лавинной однородности.

Показатель степени лавинного умножения.

Емкость

Емкость затвора-источника на единицу площади.

Емкость оксида затвора-стока на единицу площади.

Порог истощения перекрытия затворов-стоков.

Указать ли начальное условие.

Исходное напряжение ICVGE.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Specify initial condition значение Yes.

Исходное напряжение ICVCE.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Specify initial condition значение Yes.

Температура

Варианты моделирования температурной зависимости транзистора:

  • Device temperature - Используйте температуру устройства для моделирования температурной зависимости.

  • Fixed temperature - использовать температуру, не зависящую от температуры цепи, для моделирования температурной зависимости.

Дополнительные сведения см. в разделе Температурная зависимость.

Температура моделирования транзистора. Значение должно быть больше 0 K.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Температурная зависимость модели значение Fixed temperature.

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

Величина, на которую температура транзистора отличается от температуры схемы.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Температурная зависимость модели значение Device temperature.

Ссылки

[1] Хефнер, А.Р. и Дибольт, Д.М. Экспериментально проверенная модель IGBT, реализованная в симуляторе цепи Saber. Сделки IEEE по Power Electronics 9, № 5 (сентябрь 1994 года): 532-42. https://doi.org/10.1109/63.321038.

[2] Хефнер, А.Р., младший Технология измерения полупроводников: INSTANT - IGBT Network Simulation and Transient ANalysis Tool. Министерство торговли США/Управление технологий, Национальный институт стандартов и технологий. 1992.

Расширенные возможности

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

.
Представлен в R2020a