Dom > Novice > Vsebine

PIN Power Diode Dinamično vedenje in model na osnovi fizike Model za ekstrakcijo parametrov

Jan 27, 2018

Kot jedro sestavnega dela močnostnega elektronskega sistema je električna polprevodniška naprava v sodobnem življenju nepogrešljiva elektronska komponenta, saj se je pojavila v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja. Še posebej v zadnjih letih, obraz globalnega pomanjkanja energije in preskusa poslabšanja okolja, da bi se zadovoljili povpraševanje po varčevanju z energijo in novim energetskim razvojem, se pogosteje uporablja pretvorba in obdelava moči elektronskega sistema, vse vrste močnostnih elektronskih naprave so usmerjene v veliko zmogljivost in visoko zanesljivost ter modularno smer. Kot pomemben sestavni del se močnostne diode pogosto uporabljajo v gospodinjski elektroniki in industrijskih elektronskih sistemih, elektronskih sistemih za avtomobilske in električne moči, pametnih omrežjih, ladjah in vesoljskih poljih. Z razvojem nivoja zasnove polprevodniške naprave in proizvodne tehnologije so se močno izboljšale zmogljivosti močnostnih diod, kot so odporna napetost, prevodni tok, izguba preklopa in dinamične lastnosti.


Zaradi visokih stroškov in enostavnega uničenja močnostnih polprevodniških naprav se računalniška simulacija običajno uporablja pri načrtovanju sistema.

Točnost simulacije močnostnega elektronskega sistema določajo modeli in parametri modela, ki jih uporablja simulacija. Da bi dobili natančne, zanesljive in praktične rezultate, moramo imeti natančne parametre fizičnega modela in imeti le natančne parametre fizičnega modela, zato je model polprevodniške naprave smiseln.


Zaradi tehnične blokade proizvajalcev naprav pa je težko dobiti natančne parametre modelov močnostnih polprevodniških naprav s proizvajalci in običajnimi metodami preskušanja, kar omejuje uporabo simulacijskih modelov in izboljšanje ravni uporabe naprave. Že vrsto let, kako natančno izvleči ključne parametre znotraj moči in elektronskih naprav, je bila vroča tema na področju močne elektronike. Dinamične karakteristike odpiranja in zapiranja močnostne diode lahko odražajo notranjo fizično strukturo, delovni mehanizem in porazdelitev nosilca na osnovnem področju. Prvič, pri analizi notranje strukture in dinamičnih karakteristik močne diode PIN, ki temelji na ključnih parametrih za določanje njihovih dinamičnih značilnosti, nato z uporabo metode kombiniranja dinamičnega simulacijskega in optimizacijskega algoritma za optimizacijo prepoznavanja ključnih parametrov močnostne diode; preveri se učinkovitost predlagane metode za identifikacijo parametrov močnostne diode.


1 Osnovna struktura in dinamične lastnosti PIN diode

Slika 1 prikazuje osnovni diagram notranje strukture močnostne diode tipa PIN in distribucijo koncentracije nosilca. PIN dioda sestavlja predvsem območje P in območje N ter nizka koncentracija dopinga v regiji I (regija N). Zaradi dodajanja I regije, diode PIN lahko prenesejo višjo blokirno napetost. Odpornost na diode lahko močno zmanjšamo z modulacijo prevodnosti, ko jo injiciramo na veliko osnovno površino. Dinamične značilnosti močnostnih diod, vključno s karakteristikami vklopa in izklopa, so določene s porazdelitvijo nosilca in procesom spremembe v območju I, ki se kaže v značilnostih moči in diodah za naprej in nazaj.

1.png


1.1 Odpiranje lastnosti

Vodniku s prehodno prehodno diodo bo spremljal najvišji napetost napona anode po določenem času, da se stabilizira in ima zelo majhen padec napetosti (glej sliko 2). V procesu ponovnega vračanja diode vplivajo predvsem dolžine svinca, paketa naprave in učinek modulacije prevodnosti v notranji regiji N.

2.png


V velikih pogojih vbrizgavanja koncentracija presežnega nosilca določi modulacijo prevodnosti v območju pomika. Presežna koncentracija nosilca v območju vboda vbrizga se določi z enačbo kontinuitete.


3.png


式 中 n - koncentracija presežnih nosilcev;

J n - električna gostota toka;

q - znesek na enoto;

τ - Presežek življenjske dobe nosilca.


Napetost napajanja se zgodi šele, ko se tok hitro spremeni, trajanje pa je manjše od življenjske dobe. Tok je v glavnem določen s procesom difuzije, kompozitni proces pa se lahko prezre, zato je gostota elektronskega toka

4.png

Presežna koncentracija nosilca

5.png


V formuli je D n difuzijski koeficient elektronov.

V prehodnem procesu napredovanja se gostota toka poveča s hitrostjo a in doseže se presežna koncentracija nosilca v območju pomika.

6.png



Celotna koncentracija elektronov v regiji drift je

7.png

Na razdalji od X iz priključka PN se upošteva majhen odsek debeline DX in odpornost območja drift je enaka.

8.png


Dobimo pozitivno obnovitveno napetost.

9.png

Tip T M - Konstanta prenosa difuzije;

V T - Temperaturni in napetostni ekvivalent, V T = k T / q;

med k. Konstanto Boltzmanna, k = 1,38 × 10 -23 J / K;

T - Termodinamična temperatura.


1.2 Izklopite lastnosti

Ko dioda v stanju prevodnosti nenadoma uporabi obratno napetost, bo obratna blokirna zmogljivost diode trajala nekaj časa, da se opomore, kar je proces povratnega obnavljanja. Dioda je enakovredna stanju kratkega stika, preden se blokira sposobnost obnoviti. Kot je prikazano na sliki 3, od t = t f se prednji tok I F diode zmanjša s hitrostjo d, če je / d t pod vplivom uporabljene povratne napetosti. Hitrost spremembe I F je iz zunanje vzvratne napetosti E In določena je induktivnost L v zanki,

10.png

Ko je t = t 0 , je tok v diodi enak nič. Pred tem je dioda na naprej pristranskosti, tok pa je pozitiven tok. Po času t0 je padec napetosti rahlo zmanjšan, vendar je še vedno pozitivna pristranskost, tok pa začne pretvarjati obtoka in tvori obratni tok I RR . Pri t = t 1 času se naboj Q 1 v območju vleče črpajo, obratni tok doseže največjo vrednost IRM-ja, dioda pa začne obnoviti blokirno sposobnost. Po času T1 je pri diode PIN PIN koncentracija nosilca na priključku PN v fazi okrevanja višja kot pri drugih regijah. Ko je prostorski polnilni sloj nastavljen, se hitro širi v območju N, hitro pometanje preostalega nosilca, kar povzroči nenaden padec obratnega toka. Ker je d irr / d t trenutne spuščajoče hitrosti večje, induktivna napetost v liniji povzroči višjo indukcijsko napetost. Ta induktivna napetost je nadgrajena z uporabljeno obratno napetostjo na diode, tako da bo dioda prenagala visoko povratno napetost VRM.


Po t = t 2 se d irr / dt postopoma zmanjša na nič, induktivna napetost pade na nič, dioda obnovi vzvratni blok in vstopi v fazo statične povratne napetosti. Glavni dejavnik, ki vpliva na postopek povratnega izterjave, je povratna obremenitvena obremenitev, to pomeni, da se celotna količina polnjenja Q rr odstrani med procesom povratnega izterjave.

11.png

Ob predpostavki, da je frekvenca prostega nosilca v podnožju lahko linearizirana, se lahko vzpostavi proces povratnega obnavljanja, ko se dioda moči izklopi s konstantno hitrostjo trenutne spremembe, kot je prikazano na sliki 4.

12.png

Porazdelitev koncentracije nosilca nosilca na podlagi trenutnega stanja se lahko nadomesti z linearno variacijo med srednjo vrednostjo sredinskega dela območja pomika in koncentracijo x = 0 n (-d) na povprečno nosilno koncentracijo Na pri x = b. Koncentracija teh prevoznikov je

13.png

Povprečna koncentracija nosilca v območju vlečenja

14.png

Tip τ HL - Največja življenjska dob presežka vbrizgavanja;

J T - gostota trenutne gostote diode anode;

J F - Napetost tokovne diode;

L a - Bipolarna difuzijska dolžina.


Na prvi stopnji postopka izklopa se trenutna gostota usmerjevalnika PIN spremeni iz trenutne gostote toka (J F ) na nič v trenutku t 0 . Na koncu prve faze se porazdelitev nosilca postane ravna, ker je tok na koncu t 0- krat. Sprememba nabora, shranjenega v tej fazni oddaljeni regiji, je

15.png


Vpišite a - stopnjo spremembe gostote toka.

T 0 trenutek trenutne spremembe na nič je izražen kot

16.png

Druga stopnja postopka izklopa je T1 čas od trenutka t 0 trenutka do nič do povezave P + N, da začne vzdrževati napetost. Čas T1 je mogoče doseči z analizo nabora, ekstrahiranega iz t = t 0 t o t = t 1 med zaustavitvijo prehodnega postopka. Zaračunane cene v tem obdobju so

17.png

Čas T 1 je

18.png

Ko je tretja faza prehodnega postopka izklopljena, se napetost pod diode PIN začne povečevati. Sprva se območje prostorskega naboja WSC (T) podaljša navzven, ko se čas nadaljuje. V tem procesu se polnjenje, shranjeno v območju vleče, dodatno ekstrahira, kar ima za posledico zmanjšanje obratnega toka po T 1 . Predpostavlja se, da je tok približno konstanten, ko se ekstrahira prostor za shranjevanje, in ko je priključek P + N obrnjen v trenutku T1, je polnilni prostor, izmerjen v trenutku t, enak.

19.png

Napetost območja napolnjenosti

20.png

Območje prostorskega naboja je lahko izraženo kot

21.png

Vzvratna obnovitvena napetost je vrh na koncu t = t2 v tretji fazi.