info@panadisplay.com
דיודות כוח דינאמי התנהגות דינמית ופיזיקה מבוסס מודל פרמטר שיטת החילוץ

דיודות כוח דינאמי התנהגות דינמית ופיזיקה מבוסס מודל פרמטר שיטת החילוץ

Jan 27, 2018

כמרכיב הליבה של מערכת אלקטרונית כוח, מכשיר מוליכים למחצה כוח כבר מרכיב חיוני של החיים המודרניים מאז זה הופיע בשנות ה -70 של המאה שעברה. במיוחד בשנים האחרונות, את פניו של מחסור האנרגיה העולמי ואת ההידרדרות הסביבה הבדיקה, על מנת לענות על הביקוש של חיסכון באנרגיה ופיתוח אנרגיה חדשה, כוח מערכת אלקטרונית כוח המרה ועיבוד הוא יותר ויותר בשימוש נרחב, כל מיני כוח אלקטרוניים התקנים הוא לכיוון קיבולת גדולה ואמינות גבוהה כיוון מודולרי. כמרכיב חשוב, דיודות כוח נמצאים בשימוש נרחב בבית האלקטרוניקה הביתית ומערכות אלקטרוניות תעשייתיות, רכב הרכבת מערכות אלקטרוניות, רשת חכמה, הספינה ואת שדות התעופה. עם פיתוח של כוח מוליך למחצה ברמת התכנון וטכנולוגיה הייצור, הביצועים של דיודות כוח, כגון לעמוד ברמת המתח, זרם הולכה, אובדן מיתוג ומאפיינים דינמיים, שופרו מאוד.


בגלל העלות הגבוהה והרס קל של התקני מוליכים למחצה כוח, סימולציה המחשב משמש בדרך כלל בעיצוב של המערכת.

הדיוק של סימולציית המערכת האלקטרונית נקבעת על פי המודל והמודלים המשמשים את הדמיון. כדי לקבל תוצאות הדרכה מדויקות, אמינות ומעשיות, עלינו להיות בעלי פרמטרים מדויקים של מודל פיזי, ויש לנו רק פרמטרים מדויקים של מודל פיזי, כך שמודל התקן המוליכים למחצה של הספק הוא בעל משמעות.


עם זאת, בשל המצור הטכני של יצרני המכשיר, פרמטרים מודל מדויק של התקני מוליכים למחצה כוח קשה להגיע דרך היצרנים שיטות בדיקה קונבנציונלית, אשר מגביל את השימוש של מודלים סימולציה ושיפור ברמת היישום המכשיר. במשך שנים רבות, כיצד לחלץ במדויק את הפרמטרים מפתח בתוך הכוח והתקנים אלקטרוניים כבר נושא חם בתחום האלקטרוניקה כוח. המאפיינים הדינמיים של פתיחת דיודת הספק וסגירתם יכולים לשקף את המבנה הפיזי הפנימי, את מנגנון העבודה ואת התפלגות המוביל באזור הבסיס. ראשית, בניתוח של המבנה הפנימי ואת המאפיינים הדינמיים של דיודת כוח PIN המבוססת על הפרמטרים העיקריים כדי לקבוע את המאפיינים הדינמיים שלהם נקבעו; ולאחר מכן באמצעות השיטה של שילוב דינמי סימולציה ואופטימיזציה אלגוריתם כדי לייעל את הזיהוי של הפרמטרים העיקריים של דיודה כוח; את האפקטיביות של השיטה המוצעת עבור זיהוי פרמטר של דיודה כוח מאומת.


1 מבנה בסיסי ומאפיינים דינמיים של דיודת כוח פינים

איור 1 מציג את הדיאגרמה העקרונית של המבנה הפנימי של דיודת הספק מסוג PIN ואת התפלגות ריכוז הספק. דיודת ה- PIN כוללת בעיקר את אזור ה- P ואת אזור N ואת ריכוז הסמים הנמוך באזור I (אזור N). בשל הוספת אזור I, דיודות PIN יכולות לעמוד במתח החסימה הגבוה. ההתנגדות הולכה של דיודות יכול להיות מופחת באופן משמעותי על ידי אפנון מוליך כאשר מוזרק באזור הבסיס גדול. המאפיינים הדינמיים של דיודות הספק, כולל מאפייני הדלקה והפעלה, נקבעים על ידי התפלגות המוביל ותהליך השינוי באזור I, המתבטא במאפייני ההתאוששות הקדמית וההפוכה של דיודות כוח.

1.png


1.1 מאפייני פתיחה

המדריך עם תקופת הולכה דיודה חולפת יהיה מלווה בשיא של מתח מתח האנודה, לאחר תקופה של זמן לייצב, ויש לו ירידה במתח קטן מאוד (ראה איור 2). תהליך ההחלמה הקדמי של הדיודה מושפע בעיקר מאורך העופרת, מחבילת המכשיר ומהאפקט של אפנון המוליכות באזור N הפנימי.

2.png


תחת תנאי הזרקת גדול, הריכוז של המוביל עודף קובע את אפנון מוליך באזור נסחף. ריכוז המוביל עודף באזור ההזרקה ההזרקה נקבע על ידי משוואת המשכיות.


3.png


式 n n - עודף ריכוז המוביל;

J n - צפיפות זרם אלקטרוני;

q - סכום החיוב ליחידה;

τ - עודף אורך חיי המוביל.


מתח הגזירה הקדמי מתרחש רק כאשר השינויים הנוכחיים משתנים מהר מאוד, והמשך נמוך מהחיים המורכבים. הנוכחי נקבע בעיקר על ידי תהליך דיפוזיה, ואת התהליך מרוכבים ניתן להתעלם, ולכן הצפיפות האלקטרונית הנוכחית היא

4.png

עודף ריכוז המוביל

5.png


בנוסחה, D n הוא מקדם דיפוזיה אלקטרונים.

בתהליך ארעי של התאוששות קדימה, הצפיפות הנוכחית עולה עם קצב של, ואת ריכוז המוביל עודף באזור נסחף מתקבל.

6.png



הריכוז הכולל של האלקטרונים באזור הסחף הוא

7.png

במרחק של X מ צומת PN, קטע קטן של עובי DX נחשב, ההתנגדות של האזור להיסחף הוא זהה.

8.png


ניתן להשיג את מתח ההחלמה החיובי.

9.png

סוג T M - דיפוזיה חולפת קבועה;

V T - טמפרטורות ושווי מתח, V T = k T / q;

בין קבוע הבולצמן, k = 1.38 × 10 -23 J / K;

טמפרטורה תרמודינמית.


1.2 כבה את המאפיין

כאשר הדיודה במצב ההולכה מחילה לפתע מתח הפוך, יכולת החסימה לאחור של הדיודה תידרש פרק זמן להתאוששות, המהווה את תהליך ההחלמה ההפוכה. הדיודה שווה למצב קצר לפני שחסימת החסימה משוחזרת. כפי שמוצג בתרשים 3, מ t = t f , הזרם הקדמי I F של הדיודה מופחת בקצב d אם / d t בהשפעת המתח הפוכה המופעל. קצב השינוי של I F הוא מהמתח ההפוך החיצוני E והשראה L בלולאה נקבעת,

10.png

כאשר t = t 0 , הזרם בדיודה שווה לאפס. לפני זה, דיודה היא על הטיה קדימה, הנוכחי הוא הנוכחי חיובי. לאחר t0 הזמן, ירידה מתח קדימה הוא ירד במקצת, אבל זה עדיין הטיה חיובית, ואת הנוכחי מתחיל להפוך את השאלה ואת טפסים ההחלמה ההפוך הנוכחי אני RR . בזמן t = t 1 , המטען Q 1 באזור הסחף נשפך, הזרם הפוכה מגיע לערך המרבי של IRM, והדיודה מתחילה לשחזר את יכולת החסימה. לאחר זמן T1, עבור דיודת ה- PIN, הריכוז של המוביל בצומת ה- PN בשלב ההתאוששות גבוה מזה שבמדינות האחרות. לאחר שכבת שטחי החלל מוגדרת, היא מתפשטת במהירות באזור N, במהירות גורפת את נשאית שיורית, גרימת ירידה פתאומית הנוכחי הפוכה. בגלל d d / d של מהירות יורד הנוכחי הוא גדול יותר, מתח המשרן של הקו יפיק מתח אינדוקציה גבוה יותר. מתח אינדוקטיבי זה מונח על-ידי המתח הפוכה המופעל על הדיודה, כך שהדיודה תעמוד מול מתח VRM בעל הספק הפוך.


לאחר t = t, ה- d d / dt הולך ופוחת לאפס, מתח ההשראות יורד לאפס, הדיודה משחזרת את הבלוק ההפוך ונכנסת לשלב של מתח ההספק הסטטי. הגורם העיקרי המשפיע על תהליך ההחלמה ההפוכה הוא תשלום ההחלמה ההפוך, כלומר, הסכום הכולל של המטען Q rr מוסר במהלך תהליך ההחלמה ההפוכה.

11.png

בהנחה כי ריכוז הספק החופשי באזור הסחף יכול להיות לינארי, תהליך התאוששות הפוכה ניתן לקבוע כאשר דיודה כוח כבוי בקצב קבוע של השינוי הנוכחי, כפי שמוצג בתרשים 4.

12.png

התפלגות הריכוז של הספק המוביל המבוססת על המצב הנוכחי יכולה להיות מוחלפת בערך על ידי השתנות הליניארית בין הערך הממוצע של החלק האמצעי של אזור ההיסחפות לבין הריכוז של x = 0 n (-d) לריכוז הממוצע של המוביל ב- x = b. הריכוז של ספקים אלה הוא

13.png

ריכוז הספק הממוצע באזור הסחף

14.png

סוג τ HL - הזרקת חיים גדולה עודף חיים;

J T - סך כל הצפיפות הנוכחית של דיודה האנודה;

FF - צפיפות הדיודה הנוכחית;

L - אורך דיפוזיה.


בשלב הראשון של תהליך כיבוי, הצפיפות הנוכחית של מיישר PIN משנה מן הצפיפות הנוכחית המדינה לעבור (J F ) לאפס ברגע t. בסוף השלב הראשון, חלוקת המוביל הופך שטוח כי הנוכחי הוא אפס בסוף הזמן 0 t. השינוי באחסון המאוחסן באזור זה להיסחף בשלב זה

15.png


סוג a - שיעור השינוי בצפיפות הנוכחית.

הרגע של השינוי הנוכחי לאפס מבוטא כ

16.png

השלב השני של תהליך כיבוי הוא זמן 1 T מרגע 0 הנוכחי של אפס לצומת P + N להתחיל לעמוד במתח. זמן T1 ניתן לקבל על ידי ניתוח המטען המופק מ t = t 0 t o t = t 1 במהלך כיבוי של תהליך חולף. החיובים שחולצו בתקופה זו הם

17.png

זמן T 1 הוא

18.png

כאשר השלב השלישי של תהליך חולף כבוי, המתח מתחת דיודת PIN מתחיל לגדול. בתחילה, שטח שטחי החלל WSC (T) מתרחב החוצה עם הזמן. בתהליך זה, המטען המאוחסן באזור הסחף מופק עוד יותר, וכתוצאה מכך ירידה של הזרם הפוכה לאחר T 1 . ההנחה היא שהזרם הוא קבוע בערך כאשר מחלץ את אמצעי האחסון, וכאשר צומת P + N מתהפכת ברגע T 1 , דמי האחסון המופקים ברגע זה הם אותו הדבר.

19.png

מתח אזור טעינה

20.png

ניתן להביע את אזור טעינת החלל כ

21.png

מתח ההחלמה ההפוכה הוא שיא בסוף t = t2 בשלב השלישי.