Light-Emitting Diode

Экспоненциальный светодиод с выходным оптическим портом степени

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape/Электрический/Датчики и датчики

  • Light-Emitting Diode block

Описание

Блок Light-Emitting Diode представляет светодиод как экспоненциальный диод последовательно с датчиком тока. Оптическая степень, представленная в сигнальном порту W, равна продукту тока, протекающего через диод, и Optical power per unit current значения параметров.

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

I=IS⋅(eqVNkTm1−1)

где:

  • q - элементарный заряд электрона (1.602176e-19 Кулона).

  • k - константа Больцмана (1.3806503e-23 J/K).

  • N - коэффициент излучения.

  • IS является током насыщения.

  • T m1 является температурой, при которой заданы параметры диода, как определяется Measurement temperature значения параметров.

Когда (q V / <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> m1 )> 80, блок заменяетeqVNkTm1 с (q V / <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> m1 - 79) e80, который соответствует градиенту диодного тока в (q V / <reservedrangesplaceholder7> <reservedrangesplaceholder6> <reservedrangesplaceholder5> m1 ) = 80 и экстраполирует линейно. Когда (q V / <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> m1) <-79, блок заменяетeqVNkTm1 с (q V / <reservedrangesplaceholder2> <reservedrangesplaceholder1> <reservedrangesplaceholder0> m1 + 80) e–79, который также соответствует градиенту и экстраполируется линейно. Типичные электрические цепи не достигают этих экстремальных значений. Блок обеспечивает эту линейную экстраполяцию, чтобы помочь сходимости при решении ограничений во время симуляции.

Когда вы выбираете Use parameters IS and N для параметра Parameterization вы задаете диод с точки зрения параметров Saturation current IS и Emission coefficient N. Когда вы выбираете Use I-V curve data points для параметра Parameterization вы задаете две точки измерения напряжения и тока на диодной кривой I-V, и блок выводит значения IS и N. Когда вы задаете измерения тока и напряжения, 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:

  • V t = k T м1/ q.

  • V1 и V2 являются значениями в векторе Voltages [V1 V2].

  • I1 и I2 являются значениями в векторе Currents [I1 I2].

Экспоненциальная модель диода предоставляет опцию включения соединительной емкости:

  • Когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance для параметра Parameterization емкость фиксирована.

  • Когда вы выбираете Use parameters CJO, VJ, M & FC для параметра Parameterization, блок использует коэффициенты CJO, VJ, M и FC, чтобы вычислить соединительную емкость, которая зависит от напряжения соединения.

  • Когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization блок использует три значения емкости на C-V емкостной кривой для оценки CJO, VJ и M и использует эти значения с заданным значением FC для вычисления соединительной емкости, которая зависит от напряжения соединения. Блок вычисляет CJO, VJ и M следующим образом:

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

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

    • M=log(C3/C2)/log(VR2/VR3)

    где:

    • VR1, VR2 и VR3 являются значениями в векторе Reverse bias voltages [VR1 VR2 VR3].

    • C1, C2 и C3 являются значениями в векторе Corresponding capacitances [C1 C2 C3].

    Достоверно оценить FC из табличных данных не представляется возможным, поэтому необходимо задать его значение с помощью параметра Capacitance coefficient FC. При отсутствии подходящих данных для этого параметра используйте типовое значение 0,5.

    Противоположные напряжения смещения (заданные как положительные значения) должны удовлетворять VR3 > VR2 > VR1. Это означает, что емкости должны удовлетворять C1 > C2 > C3 так как обратное смещение расширяет область истощения и, следовательно, уменьшает емкость. Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения VR2 и VR3 должны быть хорошо удалены от VJ потенциала Соединения. VR1 напряжения должна быть меньше, чем VJ потенциала Соединения, с типичным значением для VR1 0,1 В.

Зависящее от напряжения соединение определяется в терминах накопления заряда конденсатора Qj 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. Эта модель не включает термин диффузионной емкости, который влияет на эффективность для приложений переключения высокой частоты.

Блок Light-Emitting Diode содержит несколько опций для моделирования зависимости зависимости ток-напряжение диода от температуры во время симуляции. Температурная зависимость соединительной емкости не моделируется, что является гораздо меньшим эффектом. Для получения дополнительной информации см. Diode страницу с описанием.

Тепловой порт

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

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты сгенерированного тепла и температуры устройства. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и о параметрах Thermal Port, смотрите Симуляция Термальных эффектов в Полупроводниках.

Переменные

Используйте Variables раздел блочного интерфейса, чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции. Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальный целевой объект для основных переменных.

Допущения и ограничения

  • Когда вы выбираете Use I-V curve data points для параметра Parameterization выберите пару напряжений около напряжения включения диода. Обычно это находится в области значений от 0,05 до 1 В. Использование значений за пределами этой области может привести к числовым проблемам и плохим оценкам для IS и N.

  • Вам может потребоваться использовать ненулевое омическое сопротивление и значения емкости соединения, чтобы предотвратить числовые проблемы моделирования, но симуляция может выполняться быстрее с этими значениями, установленными на нуль.

Порты

Выход

расширить все

Порт физического сигнала сопоставлен с оптической выходной степенью.

Сохранение

расширить все

Электрический порт сопоставлен с анодом.

Электрический порт сопоставлен с катодом.

Параметры

расширить все

Главный

Величина оптической степени, которую генерирует светодиод, на модуль тока, протекающего через диод.

Выберите один из следующих методов параметризации модели:

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

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

Вектор текущих значений в двух точках на диоде I-V кривой, которую блок использует для вычисления IS и N.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use I-V curve data points для параметра Parameterization.

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

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use I-V curve data points для параметра Parameterization.

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

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters IS and N для параметра Parameterization.

Коэффициент излучения диода или коэффициент идеальности.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters IS and N для параметра Parameterization.

Сопротивление последовательного диодного соединения.

Измеряли температуру, при которой измеряли IS или кривую I-V.

Емкость соединения

Выберите одну из следующих опций для моделирования емкости соединения:

  • Fixed or zero junction capacitance - Моделируйте соединительную емкость как фиксированное значение.

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

  • Use parameters CJ0, VJ, M & FC - Задайте емкость соединения с нулевым смещением, потенциал соединения, коэффициент градиента и коэффициент емкости истощения прямого смещения.

Фиксированное значение емкости соединения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Fixed or zero junction capacitance для параметра Parameterization.

Значение емкости, расположенной параллельно экспоненциальному диоду.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

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

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization.

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

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use C-V curve data points для параметра Parameterization.

Потенциал соединения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Коэффициент сортировки.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Коэффициент аппроксимации, который количественно определяет уменьшение емкости истощения при приложенном напряжении.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use C-V curve data points или Use parameters CJ0, VJ, M & FC для параметра Parameterization.

Температурная зависимость

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

  • None — Simulate at parameter measurement temperature - Температурная зависимость не моделируется, или модель моделируется при температуре измерения T м1 (как задано параметром Measurement temperature на вкладке Main). Это метод по умолчанию.

  • Use an I-V data point at second measurement temperature T2 - Если вы выбираете эту опцию, вы задаете вторую температуру измерения T м2, и значения тока и напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первой температуре измерения T м1, чтобы вычислить значение энергетической погрешности.

  • Specify saturation current at second measurement temperature T2 - Если вы выбираете эту опцию, вы задаете вторую температуру измерения T м2, и текущего значения насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первой температуре измерения T м1, чтобы вычислить значение энергетической погрешности.

  • Specify the energy gap EG - Задайте значение энергетической погрешности непосредственно.

Задайте значение I1 тока диода, когда напряжение V1 при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Задайте напряжение диода V1 значения, когда ток I1 при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Задайте значение IS тока насыщения при второй температуре измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify saturation current at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Задайте значение второй температуры измерения.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Use an I-V data point at second measurement temperature T2 или Specify saturation current at second measurement temperature T2 для параметра Parameterization.

Выберите значение энергетической погрешности из списка предопределенных опций или задайте 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 - Если вы выбираете эту опцию, в диалоговом окне появляется параметр Energy gap, EG, позволяющий задать пользовательское значение для EG.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify the energy gap EG для параметра Parameterization.

Задайте пользовательское значение энергетической погрешности, EG.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify a custom value для параметра Energy gap parameterization.

Выберите одну из следующих опций, чтобы задать значение экспоненты текущей 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 - Если вы выбираете эту опцию, в диалоговом окне появляется параметр Saturation current temperature exponent, XTI, позволяющий задать пользовательское значение для XTI.

Задайте пользовательское значение для показателя температуры тока насыщения, XTI.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Specify a custom value для параметра Saturation current temperature exponent parameterization.

Задайте значение температуры T с, при которой устройство должно быть моделировано.

Примеры моделей

Linear LED Driver

Линейный светодиодный драйвер

Светодиодный драйвер на основе линейного регулятора тока. На возможности показаны световой и токовый выход и напряжение питания. Выход вступает в регулирование напряжения питания, больше, чем около 12V.

Ссылки

[1] Х. Ахмед и П. Дж. Спредбери. Аналоговая и цифровая электроника для инженеров. 2nd Edition, Cambridge University Press, 1984.

[2] Г. Массобрио и П. Антогнетти. Моделирование полупроводниковых устройств с помощью SPICE. 2nd Edition, McGraw-Hill, 1993.

Расширенные возможности

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

.

См. также

| |

Введенный в R2008a

Simscape Electrical документация

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте