Dom > Novosti > Sadržaj

PIN dioda snage Dinamičko ponašanje i model zasnovan na fizici Model za ekstrakciju parametara

Jan 27, 2018

Kao ključna komponenta elektroenergetskog sistema, električni poluprovodnički uređaj je bio neophodna elektronska komponenta u modernom životu od kada se pojavila 70-tih godina prošlog stoljeća. Posebno posljednjih godina, lice globalnog testa nestašice energije i ispitivanja pogoršanja životne sredine, kako bi se zadovoljila potražnja štednje energije i novog energetskog razvoja, pretvaranje i obrada energije elektroenergetskog sistema se sve više i više koristi, sve vrste elektronskih snaga uređaji su prema velikom kapacitetu i visokoj pouzdanosti i modularnom pravcu. Kao važna komponenta, energetske diode se široko koriste u elektronskoj i elektroničkoj industriji u domaćinstvu, elektronskim sistemima za automobile i pogonske struje, pametnim mrežama, brodskim i vazduhoplovnim poljima. Sa razvojem nivoa dizajna snage poluprovodničkih uređaja i tehnologije proizvodnje, performanse dioda za napajanje, kao što su nivo izdržljivosti, struja provodljivosti, gubitak prekidača i dinamičke karakteristike, znatno su poboljšani.


Zbog visokih troškova i lako uništenja poluprovodničkih uređaja, računarska simulacija se obično koristi u dizajnu sistema.

Tačnost simulacije elektroenergetskog sistema određuje se modelima i modelnim parametrima koje koristi simulacija. Da bi dobili tačne, pouzdane i praktične rezultate, moramo imati precizne parametre fizičkog modela i imati samo tačne parametre fizičkog modela, tako da je model snage poluprovodnika značajan.


Međutim, zbog tehničke blokade proizvođača uređaja, teško je dobiti precizne parametre modela snage poluprovodničkih uređaja kroz proizvođače i konvencionalne metode ispitivanja, što ograničava upotrebu simulacionih modela i poboljšava nivo aplikacije uređaja. Već dugi niz godina, kako precizno izvlačiti ključne parametre unutar napajanja i elektronskih uređaja, bila je vruća tema u oblasti energetske elektronike. Dinamičke karakteristike otvaranja i zatvaranja dioda moći mogu odražavati unutrašnju fizičku strukturu, radni mehanizam i raspodjelu nosača u osnovnoj oblasti. Prvo, u analizi unutrašnje strukture i dinamičkih karakteristika PIN diode moći se utvrditi na osnovu ključnih parametara za određivanje njihovih dinamičkih karakteristika; zatim koristeći metod kombinovanja dinamičke simulacije i optimizacije algoritma za optimizaciju identifikacije ključnih parametara diode snage; provjerena je djelotvornost predloženog metoda za identifikaciju parametara diode snage.


1 Osnovna struktura i dinamičke karakteristike PIN diode

Na slici 1 prikazan je principijelni dijagram unutrašnje strukture diode snage tipa PIN i distribucije koncentracije nosača. PIN dioda se sastoji uglavnom od P regiona i N zone i niske doping koncentracije I regiona (N region). Zbog dodavanja I regiona, PIN diode mogu izdržati veći bloking napon. Otpor provodljivosti dioda može se znatno smanjiti modulacijom provodljivosti kada se injektira na velikom baznom području. Dinamičke karakteristike energetskih dioda, uključujući uključivanje i isključivanje karakteristika, određuju se distribucijom nosača i procesom promjene u I području, što se manifestuje u karakteristikama napona i obrnutog oporavka dioda za napajanje.

1.png


1.1 Karakteristike otvaranja

Vodič sa prolaznim periodom provodljivosti dioda će biti praćen pikom napona napona anoda nakon određenog vremena za stabilizaciju i ima vrlo mali pad napona (vidi Sliku 2). Procesu oporavka diode najčešće utiču dužina elektrode, paket uređaja i efekat modulacije provodljivosti u unutrašnjoj N regiji.

2.png


Pod velikim uslovima injektiranja, koncentracija viška nosača određuje modulaciju provodljivosti u području pomeranja. Prekomerna nosivost koncentracije u području dotoka injektiranja određuje se jednačinom kontinuiteta.


3.png


式 中 n - veća koncentracija nosača;

J n - Elektronska gustina struje;

q - iznos jedinične naknade;

τ - Višak nosivost.


Napon napona napona se javlja samo ako se struja veoma brzo promijeni, a trajanje je manje od složenog vijeka. Struja se uglavnom određuje procesom difuzije, a kompozitni proces se može zanemariti, pa je gustina struje elektrona

4.png

Iznad koncentracije nosača

5.png


U formuli, D n je koeficijent difuzije elektrona.

U prolaznom procesu za oporavak napona, gustina struje se povećava sa brzinom a, i dobija se viška koncentracija nosača u području pomeranja.

6.png



Ukupna koncentracija elektrona u regionu drifta je

7.png

Na rastojanju od X iz PN spoja razmatra se mali deo debljine DX-a, a otpor drift regiona je isti.

8.png


Pozitivni oporni oporavak se može dobiti.

9.png

Tip T M - Konstanta prolaska difuzije;

V T - Temperaturni i naponski ekvivalent, V T = k T / q;

između k Boltzmanove konstante, k = 1.38 × 10 -23 J / K;

T - Termodinamička temperatura.


1.2 Isključite karakteristike

Kada se dioda u stanju provodivanja iznenada primjenjuje obrnuti napon, mogućnost obrnutog blokiranja dioda zahtijeva određeni vremenski period za oporavak, što je proces povratnog oporavka. Diod je ekvivalentan stanju kratkog spoja pre nego što se restrikuju sposobnosti blokiranja. Kao što je prikazano na slici 3, od t = t f , napredna struja I F diode je smanjena brzinom d ako / d t pod dejstvom primjenjenog obrnutog napona. Brzina promene I F je iz vanjskog reverznog napona E I određuje se induktivnost L u petlji,

10.png

Kada je t = t 0 , struja u diodi je jednaka nuli. Pre toga, dioda je na prednjoj pristranosti, a struja je pozitivna struja. Posle t0 vremena, pad napona naprijed je neznatno smanjen, ali je i dalje pozitivna predrasuda, a struja počinje da obnavlja cirkulaciju i formira obrtni struja IRR . Pri t = t 1 put, punjenje Q 1 u oblasti pomeranja se ispušta, a obratna struja dostigne maksimalnu vrijednost IRM-a, a dioda počinje da oporavlja blokirajuću sposobnost. Nakon T1 vremena, za PIN diodu, koncentracija nosača na PN - priključku u fazi oporavka je veća od one u drugim regionima. Kada se postavi sloj prostornog punjenja, on se brzo širi u području N, brzo odvajajući preostali nosač, uzrokujući nagli pad u obrnutoj struji. Pošto je d irr / d t trenutne opadajuće brzine veća, induktorski napon linije generiše veći induktivni napon. Ovaj induktivni napon je nadvišen sa primjenjenim obratnim naponom na diodu, tako da će diodi izdržati visoki reverzni napon VRM.


Nakon t = t 2 , d irr / dt se postepeno smanjuje na nulu, napon induktivnosti pada na nulu, dioda vraća obrnuti blok i ulazi u fazu statičkog reverznog napona. Glavni faktor koji utječe na proces obrnutog oporavka je obrnuto opterećenje, tj. Ukupna količina punjenja Q rr je uklonjena tokom procesa obrnutog oporavka.

11.png

Pod pretpostavkom da se slobodna koncentracija nosača u drift regionu može linearizirati, proces povratnog oporavka može se utvrditi kada se dioda moći isključi sa konstantnom brzinom struje, kao što je prikazano na slici 4.

12.png

Raspodela koncentracije nosača nosača na osnovu trenutnog stanja može se približno zamijeniti linearnom varijacijom između srednje vrijednosti srednjeg dela područja drifta i koncentracije x = 0 n (-d) do srednje koncentracije nosača Na u x = b. Koncentracija ovih nosača je

13.png

Srednja koncentracija nosača u drift regionu

14.png

Tip τ HL - Veliki injekcijski vijek veće nosivosti;

J T - Ukupna gustoća struje diode anode;

J F - Naponska struja diode;

L a - Bipolarna difuziona dužina.


U prvoj fazi procesa isključivanja, trenutna gustina PIN ispravljača se menja od trenutne gustine trenutnog stanja (J F ) do nula u momentu t 0 . Na kraju prve faze, raspodela nosača postaje ravna jer je struja nula na kraju t 0 puta. Promjena u punjenju koja je uskladištena u ovom faznom razmaku je faza

15.png


Tip a - Stopa promene gustine struje.

T 0 trenutak trenutne promjene na nulu izražen je kao

16.png

Druga faza procesa isključivanja je T 1 vrijeme od t 0 trenutka struje do nule do priključka P + N da počne da izdržava napon. Vreme T1 se može dobiti analizom punjenja izvučene iz t = t 0 t o t = t 1 tokom zatvaranja prolaznog procesa. Naknade iz ovog perioda su

17.png

Vrijeme T 1 je

18.png

Kada se treća faza prolaznog procesa isključi, napon pod PIN diodom počinje da se povećava. U početku, područje naplaćivanja prostora WSC (T) proširuje se prema vremenu. U ovom procesu, punjenje smešteno u podrucju drifta dodatno se izvlaci, sto rezultira smanjenjem obrnute struje nakon T1. Pretpostavlja se da je struja približno konstantna kada se akumulacioni punjač izvlači, a kada je priključak P + N obrnuto u momentu T 1 , punjenje za skladištenje ekstrahovanog u t momentu je ista.

19.png

Napon zone napunjenosti prostora

20.png

Površina prostora za punjenje može se izraziti kao

21.png

Napon povratnog oporavka je vrh na kraju t = t2 u trećoj fazi.