SPICE-совместимый N-канальный изолированный затворный биполярный транзистор
Simscape/Электрический/Дополнительные компоненты/Полупроводники SPICE
Блок SPICE NIGBT моделирует биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) SPICE n-типа.
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
.
Этот рисунок показывает эквивалентную схему для блока SPICE NIGBT:
Переменные для SPICE NIGBT блочных уравнений включают:
Переменные, которые вы задаете, задавая параметры для блока SPICE NIGBT.
Температура, T, которая 300.15
K
по умолчанию. Можно использовать другое значение, задавая параметры для блока SPICE NIGBT или задавая параметры как для блока SPICE NIGBT, так и для блока Environment Parameters. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Температура транзистора»
Эта таблица показывает уравнения, которые определяют отношение между током, Imos канала MOSFET и напряжением источника управления Vgs.
Применимая область значений Vgs значений | Соответствующее Imos уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
Vds - напряжение стока-источника.
VT - пороговое напряжение.
KF - коэффициент триодной области.
KP - транспроводимость моспета.
THETA - коэффициент поперечного поля.
Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между установившимся током коллектора, Icss и емкостью на базе эмиттера, Qeb.
Применимая область значений Qeb значений | Соответствующее Icss уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
- амбиполярный коэффициент мобильности.
- коэффициент диффузии для отверстий.
- квази-нейтральная ширина основания, где:
WB - ширина металлургического основания.
- ширина истощения коллектора базы.
Vbc - напряжение коллектора базы.
Vbi - встроенное напряжение, и оно равно 0.6
V
Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между установившимся базовым током, Ibss и емкостью на базе эмиттера, Qeb.
Применимая область значений Qeb значений | Соответствующее Ibss уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
TAU - срок службы амбиполярной рекомбинации.
JSNE - плотность тока насыщения излучателя.
ni является собственной концентрацией носителя. В 300
K
это равно 1,45 * 1010
1/см3
.
- фоновый базовый заряд мобильного оператора связи, где:
NB является базовым допингом.
AREA - область устройства.
Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между напряжением на базе эмиттера, Veb и емкостью на базе эмиттера, Qeb.
Применимая область значений Qeb значений | Соответствующее Veb уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
- напряжение истощения базы эмиттера.
Vbi - встроенное напряжение.
- встроенное напряжение соединения с базой эмиттера.
- диффузионное напряжение на базе эмиттера.
Ток анода получается из этого уравнения:
где:
Vae - приложенное напряжение анодного излучателя.
Rb - модулированное проводимостью базовое сопротивление.
Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между модулированным проводимостью базовым сопротивлением, Rb и емкостью базы эмиттера, Qeb.
Применимая область значений Qeb значений | Соответствующее Rb уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
μeff является эффективной мобильностью несущей.
neff является эффективной концентрацией легирования на основе.
MUN - подвижность электронов.
μeff и neff получаются с помощью этих уравнений:
где:
μnc является подвижностью рассеяния электронных носителей.
μpc - подвижность рассеяния несущих отверстий.
Dc является диффузией рассеяния носителя и носителя.
L - длина амбиполярной диффузии.
P0 - концентрация носителя в конце основы эмиттера.
- средняя концентрация носителя в основе.
Ток лавинного умножения получен из этого уравнения:
где:
- тепловой ток на базе коллектора.
Icss - установившийся ток коллектора.
Imos - ток канала MOSFET.
Iccer - ток перераспределения коллектор-эмиттер.
Это уравнение определяет отношение между напряжением коллектора базы, Vbc и коэффициентом умножения лавины, M:
где:
- напряжение разрушения коллектора-эмиттера с открытым основанием.
BVF - коэффициент однородности лавины.
BVN является степенью лавинного умножения.
Емкость источника затвора получается из этого уравнения:
Емкость источника стока получается из этого уравнения:
где Wdsj = Wbcj - ширина истощения источника стока.
Эта таблица показывает уравнения, которые задают зависимость между емкостью стока-затвора, Qdg и напряжением стока-затвора, Vdg
Применимая область значений Vdg значений | Соответствующее Qdg уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
- емкость перекрывающегося оксида затвора-стока.
Vdg - напряжение слива-затвора.
εsi - диэлектрическая проницаемость кремния.
- ширина истощения перекрытия стока-затвора.
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 связь между током перераспределения коллектора-эмиттера, Iccer, и емкостью перераспределения коллектора-эмиттера, Ccer:
где Vec - напряжение излучателя-коллектора.
Эта таблица показывает уравнения, которые задают отношение между емкостью перераспределения коллектора-эмиттера, Ccer и емкостью базы эмиттера, Qeb.
Применимая область значений Qeb значений | Соответствующее Ccer уравнение |
---|---|
В этих уравнениях:
Cbcj является емкостью истощения коллектора базы.
- фоновая плата за основу мобильной связи.
Неявный ток конденсатора на базе эмиттера получен из этого уравнения:
Можно использовать эти опции, чтобы задать температуру транзистора, T:
Фиксированная температура - блок использует температуру, которая независима от температуры схемы, когда Model temperature dependence using параметр в Temperature параметрах настройки SPICE NIGBT 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 NIGBT блок установлен на Device temperature
. Для этой модели блок определяет температуру как
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.
Расположение портов показано на рисунке.
[1] Hefner, A.R. and Diebolt, D.M. Экспериментально верифицированная модель IGBT, реализованная в симуляторе схемы Сабера. Транзакции IEEE на Power Electronics 9, № 5 (сентябрь 1994 года): 532-42. https://doi.org/10.1109/63.321038.
[2] Хефнер, А.Р., младший Технология полупроводниковых измерений: INSTANT - IGBT Network Simulation и Transient ANalysis Tool. Министерство торговли США/Управление по технологиям, Национальный институт стандартов и технологий. 1992.