SPICE Diode

SPICE-совместимый диод

Библиотека:
Simscape/Электрический/Дополнительные компоненты/Полупроводники SPICE

Описание

Блок SPICE Diode представляет совместимый с SPICE диод.

SPICE, или Simulation Program с упором на интегральные схемы, является инструментом симуляции для электронных схем. Можно преобразовать некоторые подсхемы SPICE в эквивалентные модели Simscape™ Electrical™ с помощью блоков Environment Parameters и SPICE-совместимых блоков из библиотеки дополнительных компонентов. Для получения дополнительной информации смотрите subcircuit2ssc.

Уравнения

Переменные для SPICE Diode блочных уравнений включают:

Переменные, которые вы задаете, задавая параметры для блока SPICE Diode. Видимость некоторых параметров зависит от значения, которое вы задаете для других параметров. Для получения дополнительной информации см. раздел « Параметры».
Скорректированные по геометрии переменные, которые зависят от нескольких значений, которые вы задаете используя параметры для блока SPICE Diode. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Скорректированные по геометрии Переменные».
Температура, T, которая 300.15 K по умолчанию. Можно использовать другое значение, задавая параметры для блока SPICE Diode или задавая параметры как для блока SPICE Diode, так и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура диода»
Температурно-зависимые переменные. Для получения дополнительной информации см. «Температурная зависимость».
Минимальная проводимость, GMIN, которая 1e–12 1/Ohm по умолчанию. Можно использовать другое значение, задав параметр для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. «Минимальная проводимость».
Тепловое напряжение, _Vt. Для получения дополнительной информации см. «Тепловое напряжение».

Переменные с поправкой на геометрию

Несколько переменных в уравнениях для модели диода SPICE рассматривают геометрию устройства, которую представляет блок. Эти переменные с поправкой на геометрию зависят от переменных, которые вы задаете, задавая SPICE Diode параметры блоков. Переменные с поправкой на геометрию зависят от этих переменных:

AREA - Площадь устройства
SCALE - Количество параллельно подключенных устройств
Связанная нескорректированная переменная

Таблица включает скорректированные по геометрии переменные и определяющие уравнения.

Переменная	Описание	Уравнение
_CJOd	Регулируемая геометрией емкость соединения с нулевым смещением	$C J O_{d} = C J O * A R E A * S C A L E$
_IBVd	Скорректированный по геометрии ток обратной разбивки	$I B V_{d} = I B V * A R E A * S C A L E$
_ISd	Скорректированный по геометрии ток насыщения	$I S_{d} = I S * A R E A * S C A L E$
_RSd	Скорректированное по геометрии последовательное сопротивление	$R S_{d} = \frac{R S}{A R E A * S C A L E}$

Температура диода

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

Фиксированная температура - блок использует температуру, которая независима от температуры схемы, когда Model temperature dependence using параметр в Temperature параметрах настройки Spice Diode блок установлен на Fixed temperature. Для этой модели наборы блоков T равными TFIXED.
Температура устройства - блок использует температуру, которая зависит от температуры схемы, когда Model temperature dependence using параметр в Temperature параметрах настройки Spice Diode блок установлен на Device temperature. Для этой модели блок определяет температуру как

$T = T_{C} + T O F F S E T$
Где:
- _TC - температура контура.
  Если в схеме нет Environment Parameters блока, _TC равно 300,15 K.
  Если есть Environment Parameters, блок в схеме, _TC равен значению, которое Вы определяете для Temperature параметра в Spice параметрах настройки Environment Parameters блок. Значение по умолчанию для параметра Temperature 300.15 K.
- TOFFSET - смещенная температура локального контура.

Минимальная проводимость

Минимальная проводимость, GMIN, имеет значение по умолчанию 1e–12 1/Ohm. Чтобы задать другое значение:

Если в диодной схеме нет Environment Parameters блока, добавьте его.
В настройках Spice блока Environment Parameters задайте желаемое значение GMIN для параметра GMIN.

Тепловое Напряжение

Тепловое напряжение, _Vt, определяется уравнением

$V_{t} = N \frac{k * T}{q}$

Где:

N - коэффициент выбросов.
T - температура диода. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура диода»
k - константа Больцмана.
q - элементарный заряд электрона.

Уравнения тока и напряжения

Эти уравнения определяют отношение между диодным током, _Id и диодным напряжением, _Vd. При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру. Для получения дополнительной информации см. «Температурная зависимость».

$I_{d} = A R E A * (I_{f w d} - I_{r e v})$

$I_{f w d} = I_{n r m} * K_{i n j} + I_{r e c} * K_{g e n}$

$I_{r e v} = I_{r e v h} + I_{r e v l}$

$I_{n r m} = I_{S} e^{V_{d} / (N * V t) - 1}$

$I_{r e c} = I_{S R} e^{V_{d} / (N R * V t) - 1}$

$K_{i n j} = {(\frac{I K F}{I K F + I_{n r m}})}^{0.5}$

$K_{g e n} = {[{(\frac{1 - V_{d}}{V J})}^{2} + 0.005]}^{\frac{M}{2}}$

$I_{r e v h} = I B V * e^{- \frac{V_{d} + B V}{N B V * V t}}$

$I_{r e v l} = I B V L * e^{- \frac{V_{d} + B V}{N B V L * V t}}$

Где:

_Ifwd - прямой ток.
_Irev - обратный ток.
_Inrm - нормальный ток.
_Irec - ток рекомбинации.
_Kinj - высокий коэффициент впрыска.
_Kgen является фактором генерации.
_Irevh - высокоуровневый ток разбиения.
_Irevl - низкоуровневый ток разбиения.
_Vt - тепловое напряжение. Для получения дополнительной информации см. «Тепловое напряжение».
_IS - ток насыщения.
_ISR - ток рекомбинации.
IKF - ток переднего колена.
VJ - потенциал соединения.
N - коэффициент выбросов.
NR - обратный коэффициент излучения.
NBV - обратный коэффициент выброса.
NBVL - низкоуровневый коэффициент идеальности обратного разбиения.
M - коэффициент профилирования.
BV - обратное напряжение пробоя.
IBV - обратный ток разбиения.
IBVL - низкоуровневый обратный ток колена.

Модель заряда соединения

Таблица показывает уравнения, которые задают отношение между _Qd заряда диода и напряжением диода, _Vd. При необходимости параметры модели сначала настраиваются на температуру. Для получения дополнительной информации см. «Температурная зависимость».

_Vd область значений	_Qd уравнение
$V_{d} < F C * V J$	$Q_{d} = T T * A R E A * I_{f w d} + C J O_{d} * V J * \frac{1 - {(1 - \frac{V_{d}}{V J})}^{1 - M}}{1 - M}$
$V_{d} \geq F C * V J$	$\begin{array}{l} Q_{d} = T T * A R E A * I_{f w d} + \\ C J O_{d} * (F 1 + \frac{F 3 * (V_{d} - F C * V J) + (\frac{M}{2 * V J}) * (V_{d}^{2} - {(F C * V J)}^{2})}{F 2}) \end{array}$

Где:

FC - коэффициент емкости истощения прямого смещения.
VJ - потенциал соединения.
TT - время транзита.
_CJOd - регулируемая геометрией емкость перехода с нулевым смещением. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Скорректированные по геометрии Переменные».
M - коэффициент профилирования.
$F 1 = V J * (1 - {(1 - F C)}^{(1 - M)}) / (1 - M)$
$F 2 = {(1 - F C)}^{(1 + M)}$
$F 3 = 1 - F C * (1 + M)$

Температурная зависимость

Отношение между током насыщения с поправкой на геометрию и температурой диода является

$I S_{d} (T) = I S_{d} * {(T / T M E A S)}^{\frac{X T I}{N}} * e^{(\frac{T}{T M E A S} - 1) * \frac{E G}{N * V_{t}}}$

Где:

_ISd - скорректированный по геометрии ток насыщения. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Скорректированные по геометрии Переменные».
T - температура диода. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура диода»
TMEAS - температура извлечения параметра.
XTI - показатель температуры тока насыщения.
N - коэффициент выбросов.
EG - энергия активации.
_Vt - тепловое напряжение. Для получения дополнительной информации см. «Тепловое напряжение».

Связь между током рекомбинации и температурой диода

$I S R (T) = I S R * {(\frac{T}{T M E A S})}^{\frac{X T I}{N R}} * e^{(\frac{T}{T M E A S} - 1) * \frac{E G}{N R * V_{t}}}$

Где:

ISR - ток рекомбинации.
NR - обратный коэффициент излучения.

Отношение между передним током колена и температурой диода:

$I K F (T) = I K F * [1 + T I K F * (T - T M E A S)]$

Где:

IKF - ток переднего колена.
TIKF - линейный температурный коэффициент IKF.

Связь между напряжением пробоя и температурой диода

$B V (T) = B V * [1 + T B V 1 * (T - T M E A S) + T B V 2 * {(T - T M E A S)}^{2}]$

Где:

BV - напряжение пробоя.
TBV1 - линейный температурный коэффициент BV.
TBV2 - квадратичный температурный коэффициент BV.

Связь между омическим сопротивлением и температурой диода

$R S (T) = R S * [1 + T R S 1 * (T - T M E A S) + T R S 2 * {(T - T M E A S)}^{2}]$

Где:

RS - омическое сопротивление.
TRS1 - линейный температурный коэффициент RS.
TRS2 является квадратичным коэффициентом температуры RS.

Связь между потенциалом соединения и температурой диода

$V J (T) = V J * (\frac{T}{T M E A S}) - 3 * V t * \ln (\frac{T}{T M E A S}) - (\frac{T}{T M E A S}) * E G_{T M E A S} + E G_{T}$

Где:

VJ - потенциал соединения.
_EGTMEAS - энергия активации для температуры, при которой измерялись диодные параметры. Определяющее уравнение $E G_{T M E A S} = 1.16 e V - (7.02 e - 4 * T M E A S^{2}) / (T M E A S + 1108)$ .
_EGT - энергия активации для температуры диода. Определяющее уравнение $E G_{T} = 1.16 e V - (7.02 e - 4 * T^{2}) / (T + 1108)$ .

Зависимость между регулируемой геометрией диодной емкостью перехода с нулевым смещением и температурой диода равна

$C J O_{d} (T) = C J O_{d} * [1 + M * (400 e - 6 * (T - T M E A S) - \frac{V J (T) - V J}{V J})]$

Где:

_CJOd - регулируемая геометрией емкость перехода с нулевым смещением. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Скорректированные по геометрии Переменные».
M - коэффициент профилирования.

Допущения и ограничения

Блок не поддерживает анализ шума.
Блок применяет начальные условия через конденсаторы соединений, а не через блочные порты.

Порты

Сохранение

расширить все

`+` - Положительное напряжение
электрический

Электрический порт сопоставлен с положительным напряжением.

`-` - Отрицательное напряжение
электрический

Электрический порт сопоставлен с отрицательным напряжением.

Параметры

расширить все

Главный

`Device area, AREA` - Площадь устройства
`1.0` `m^2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Площадь диода. Значение должно быть больше 0.

`Number of parallel devices, SCALE` - Количество параллельных устройств
`1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Количество параллельных диодов, которые представляет блок. Значение должно быть больше 0.

`Saturation current, IS` - Ток насыщения
`1e-14` `A/m^2` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Величина тока, к которому идеальное диодное уравнение приближается асимптотически при очень больших уровнях обратного смещения. Значение должно быть больше или равно 0.

`High-injection knee current, IKF` - Ток коленного сустава с высокой инъекцией
`Inf` `A/m^2` (по умолчанию) | скаляром

Текущее значение, при котором происходит крен высокого тока прямого-бета-тока. Значение должно быть больше или равно 0.

`Recombination current parameter, ISR` - Ток рекомбинации
`0` `A/m^2` (по умолчанию) | скаляром

Величина тока, генерируемого процессом рекомбинации электронов и отверстий внутри соединения.

`Emission coefficient, N` - Коэффициент выбросов
`1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент излучения диода или коэффициент идеальности. Значение должно быть больше 0.

`Emission coefficient for ISR, NR` - Коэффициент выбросов для ISR
`2` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент излучения диода для тока рекомбинации. Значение должно быть больше 0.

`Grading coefficient, M` - Коэффициент градиента
`0.5` (по умолчанию) | 0 < M < 0,9 | скаляр

Коэффициент сортировки, M. Значение должно быть больше 0 и менее 0.9.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

`Junction potential, VJ` - Потенциал соединения
`1` `V` (по умолчанию) | VJ > 0,01 | скаляром

Потенциал соединения, VJ. Значение должно быть больше 0.01 V.

Зависимости

Этот параметр видим только, когда вы выбираете Yes для параметра Model junction capacitance.

`Ohmic resistance, RS` - Последовательное сопротивление
`0.01` `m^2*Ohm` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Сопротивление последовательного диодного соединения. Значение должно быть больше или равно 0.

Емкость соединения

`Model junction capacitance` - Модель соединительной емкости
`No` (по умолчанию) | `Yes`

Опции для моделирования емкости соединения:

No - Не включать соединительную емкость в модель.
Yes - Задайте емкость соединения с нулевым смещением, потенциал соединения, коэффициент градиента, коэффициент емкости истощения смещения вперед и время транзита.

`Zero-bias junction capacitance, CJO` - Емкость перехода с нулевым смещением
`0` `F/m^2` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Значение емкости, расположенной параллельно экспоненциальному диоду. Значение должно быть больше или равно 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model junction capacitance равным Yes.

`Capacitance coefficient, FC` - Коэффициент емкости
`0.5` (по умолчанию) | 0 ≤ FC < 0,95 | скаляр

Коэффициент аппроксимации, FC, который количественно определяет уменьшение емкости истощения при приложенном напряжении. Значение должно быть больше или равно 0 и менее 0.95.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model junction capacitance равным Yes.

`Transit time, TT` - Время перехода
`0` `s` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Время перехода, TT, несущих, которые вызывают диффузионную емкость. Значение должно быть больше или равно 0.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model junction capacitance равным Yes.

`Specify initial condition` - Модель начального условия
`No` (по умолчанию) | `Yes`

Опции для определения начальных условий:

No - Не задавайте начальное условие для модели.
Yes - Задайте начальное напряжение диода.
Примечание
Блок SPICE Diode применяет начальное диодное напряжение через конденсаторы соединения, а не через порты.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Model junction capacitance равным Yes.

`Initial condition voltage, V0` - Начальное напряжение
`0` `V` (по умолчанию) | скаляром

Диодное напряжение в начале симуляции.

Примечание

Блок применяет начальное условие через диодное соединение, поэтому начальное условие эффективно только, когда включено хранение заряда, то есть, когда один или оба из параметров Zero-bias junction capacitance, CJO и Transit time, TT больше нуля.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте Model junction capacitance и Specify initial condition Yes.

Сторнирование поломки

`Model reverse breakdown` - Модель обратного разбиения
`No` (по умолчанию) | `Yes`

Опции для моделирования обратной разбивки:

No - Не моделируйте обратное разбиение.
Yes - Ввести второй экспоненциальный член в зависимость I-V диода, таким образом моделируя быстрое увеличение проводимости при превышении напряжения пробоя.

`Reverse breakdown voltage, BV` - Противоположное пороговое напряжение прорыва
`Inf` `V` (по умолчанию) | неотрицательной скаляром

Если напряжение падает ниже этого значения, блок моделирует быстрое увеличение проводимости, которое происходит при пробое диода. Значение должно быть больше или равно 0.