Πώς πρέπει να αντικατοπτρίζεται το χαρακτηριστικό αντίστροφης ανάκτησης της διόδου στο μοντέλο;

 0020-40946 ΔΑΚΤΥΛΙΟΣ ΣΦΙΚΤΗΡΑ, 8" SNNF, AL

Τα συστήματα ισχύος μισής γέφυρας, πλήρους γέφυρας και LLC, καθώς και τα κύρια MOSFET ισχύος των συστημάτων ελέγχου κινητήρα, οι διακόπτες ελεύθερου τροχού για σύγχρονους μετατροπείς buck και οι δευτερεύοντες σύγχρονοι διακόπτες ανόρθωσης, υποβάλλονται σε διαδικασία ανάκτησης αντίστροφου ρεύματος για παρασιτικές διόδους. Τα κακά χαρακτηριστικά αντίστροφης ανάκτησης της διόδου σώματος του ηλεκτροδίου ισχύος MOSFET οδηγούν σε αύξηση της απώλειας μεταγωγής της διόδου, η οποία μειώνει την απόδοση του συστήματος και ταυτόχρονα δημιουργεί επίσης υψηλό κουδούνισμα, που επηρεάζει το ασφαλές λειτουργία του power MOSFET. Πώς πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η δυνατότητα αντίστροφης ανάκτησης στο μοντέλο; Ας κάνουμε μια συζήτηση για αυτό σήμερα.

0020-25279 8"ΔΑΧΤΥΛΙΔΙ ΣΦΙΞΗΣ

II.Μηχανισμός ανάκτησης κατεύθυνσης διόδου

Όταν η δίοδος σώματος εφαρμόζεται εξωτερικά με μπροστινή τάση VF, η προς τα εμπρός τάση εξασθενεί το εσωτερικό ηλεκτρικό πεδίο της διασταύρωσης PN, η κίνηση μετατόπισης εξασθενεί, η κίνηση διάχυσης ενισχύεται και η δυναμική ισορροπία διάχυσης και ολίσθησης διαταράσσεται. Ως αποτέλεσμα, οι οπές (πολυσόνια) στην περιοχή P ρέουν στην περιοχή Ν και τα ηλεκτρόνια (πολυσόνια) στην περιοχή Ν ρέουν στην περιοχή P. Τα ηλεκτρόνια που εισέρχονται στη ζώνη P και οι οπές που εισέρχονται στη ζώνη Ν ​​γίνονται οι λίγοι γιοι της ζώνης, αντίστοιχα. Επομένως, υπάρχουν περισσότεροι λιγότεροι γιοι στις περιοχές P και N από ό,τι απουσία εφαρμοζόμενης τάσης, και αυτοί οι επιπλέον λίγοι υιοί ονομάζονται μη ισορροπημένοι λίγοι τόνοι.

Αυτά τα λίγα λίτρα μη ισορροπίας διαχέονται στις περιοχές Ν και Ρ από τη διαφορά συγκέντρωσης κατά τη συσσώρευση. Λαμβάνοντας για παράδειγμα τις οπές, η κατανομή συγκέντρωσης οπών καθορίζεται στην περιοχή Ν, με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση κοντά στην άκρη της διασταύρωσης και όσο μικρότερη τόσο πιο μακριά από τη διασταύρωση. Όσο μεγαλύτερο είναι το μπροστινό ρεύμα, τόσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των αποθηκευμένων οπών και τόσο μεγαλύτερη είναι η κλίση της κατανομής της συγκέντρωσης. Η διάχυση των ηλεκτρονίων στην περιοχή P είναι παρόμοια και το παρακάτω γράφημα δείχνει την κατανομή των αποθηκευμένων φορτίων στη δίοδο. Το φαινόμενο της συσσώρευσης μειοψηφίας μη-ισορροπίας κατά τη διάρκεια της προς τα εμπρός αγωγιμότητας αναφέρεται συχνά ως φαινόμενο αποθήκευσης φορτίου.

Όταν εφαρμόζεται αντίστροφη τάση στη δίοδο του σώματος, τα ηλεκτρόνια που αποθηκεύονται στην περιοχή P και οι οπές που αποθηκεύονται στην περιοχή Ν δεν εξαφανίζονται αμέσως, αλλά μειώνονται σταδιακά με δύο τρόπους:

ένα. Κάτω από τη δράση του αντίστροφου ηλεκτρικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια στην περιοχή P έλκονται πίσω στην περιοχή N και οι οπές στην περιοχή N έλκονται πίσω στην περιοχή P, σχηματίζοντας ένα αντίστροφο ρεύμα μετατόπισης.

σι. Ανασυνδυασμός με τους περισσότερους φορείς. Η διαδικασία αντίστροφης ανάκτησης της διόδου κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μετατροπής μεταγωγής προκαλείται ουσιαστικά από το φαινόμενο αποθήκευσης φορτίου και ο χρόνος ανάστροφης ανάκτησης είναι ο χρόνος που απαιτείται για να εξαφανιστεί η αποθηκευμένη φόρτιση.

Κύκλωμα δοκιμής διπλού παλμού

0200-09315 HChuck, ESC Cover Ring, Ceramic

Η δοκιμή διπλού παλμού είναι μια μέθοδος δοκιμής που χρησιμοποιείται ευρέως για τον χαρακτηρισμό εξαρτημάτων μεταγωγής ισχύος όπως τα MOSFET και τα IGBT. Αυτή η δοκιμή αξιολογεί όχι μόνο τα χαρακτηριστικά μεταγωγής των εξαρτημάτων στόχου, αλλά και τα χαρακτηριστικά αντίστροφης ανάκτησης των διόδων γρήγορης ανάκτησης (FRD) που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τις διόδους σώματος και τα IGBT. Επομένως, είναι πολύ χρήσιμο να αξιολογούνται τα κυκλώματα που προκαλούν απώλειες λόγω των χαρακτηριστικών αντίστροφης ανάκτησης κατά την ενεργοποίηση. Το βασικό διάγραμμα κυκλώματος για τη δοκιμή διπλού παλμού φαίνεται παρακάτω.

Σε αυτό το κύκλωμα, η επάνω πλευρά είναι ο δοκιμαστικός σωλήνας διόδου και η κάτω πλευρά είναι το MOSFET για οδήγηση και η βασική εργασία της δοκιμής διπλού παλμού μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: (1), (2) και (3) . Όταν η τάση του παλμού ορίζεται ως VPulse, το ρεύμα που ρέει μέσω του επαγωγέα είναι IL και η τάση του DUT είναι VDD. Όταν η λειτουργία είναι στην κατάσταση (1), το MOSFET είναι στην κατάσταση ΟΝ. Η τρέχουσα διαδρομή είναι: τροφοδοσία→ αυτεπαγωγή Ls→ αυτεπαγωγή L→ MOSFET→ τροφοδοτικό. Αυτή τη στιγμή, ο επαγωγέας L συσσωρεύεται. Όταν η λειτουργία είναι στην κατάσταση (2), το MOSFET είναι απενεργοποιημένο (I=0A), οπότε η τρέχουσα διαδρομή είναι: ο επαγωγέας L→ Η δίοδος σχηματίζει ένα κλειστό κύκλωμα και γίνεται λειτουργία ελεύθερου τροχού. Όταν η λειτουργία είναι (3), το MOSFET ενεργοποιείται ξανά (ON) και η διαδρομή ρεύματος είναι η τροφοδοσία→ αυτεπαγωγή Ls→ επαγωγέας L→ MOSFET → τροφοδοτικό και το ρεύμα ανάστροφης ανάκτησης της διόδου επικαλύπτεται με την ενεργοποίηση -σε ρεύμα, και το φαινόμενο της αντίστροφης ανάκτησης μπορεί να φανεί παρατηρώντας το ρεύμα που διαρρέει τη δίοδο.

Πώς περιγράφει το μοντέλο SPICE τη δυνατότητα αντίστροφης ανάκτησης

Το συνολικό φορτίο Q σε μια δίοδο αποτελείται από δύο μέρη: το φορτίο που συσσωρεύεται σε αυτήν την περιοχή λόγω της αλλαγής της τάσης στα δύο άκρα της διασταύρωσης και το φορτίο που αποθηκεύεται στην ουδέτερη περιοχή (NR), η οποία σχηματίζεται από ένα μικρό αριθμός φορέων που εγχύθηκαν στην ουδέτερη περιοχή (NR). Η χωρητικότητα διασταύρωσης CJ και η χωρητικότητα διάχυσης CD είναι αντίστοιχα. Μεταξύ αυτών, η έκφραση του CJ είναι η εξής:

Και η έκφραση για το CD είναι:

Με άλλα λόγια, η αντίστροφη ανάκτηση σχετίζεται με την χωρητικότητα της Διόδου. Όταν προσδιορίζουμε τις παραμέτρους χωρητικότητας των CJ, CJO, M, FC, VJ. Τότε η παράμετρος της αντίστροφης ανάκτησης σχετίζεται με την παράμετρο TT του CD.

Πώς το μοντέλο SPICE εξάγει τις παραμέτρους αντίστροφης ανάκτησης

Η εξαγωγή των παραμέτρων Spice Model μπορεί να γίνει στο ICCAP. Το ICCAP παρέχει ένα βασικό παράδειγμα διόδου στο οποίο μπορούμε να αναπτύξουμε ένα παράδειγμα επαλήθευσης εξαγωγής παραμέτρων αντίστροφης ανάκτησης.

Σε αυτό το παράδειγμα, ορίζεται ένα νέο DUT, με το όνομα Recovery, και ένα κύκλωμα δοκιμής διπλού παλμού γράφεται, σε αυτήν την περίπτωση, σε σύνταξη μπαχαρικών, η οποία είναι ίδια με την αντίστοιχη σύνταξη του εξομοιωτή.

Δεδομένης της αντίστοιχης διέγερσης προσομοίωσης δοκιμής, μπορούμε να παρατηρήσουμε τη χαρακτηριστική καμπύλη της αντίστροφης ανάκτησης δοκιμάζοντας το ρεύμα μέσω της διόδου.

Ο συντονισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο ICCAP για τη βελτιστοποίηση του συντονισμού των αντίστοιχων παραμέτρων. Όταν συντονίζουμε τις παραμέτρους TT, θα δούμε ότι το αντίστροφο ρεύμα αλλάζει.

Επαλήθευση προσομοίωσης δοκιμής διπλού παλμού

Ομοίως, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα κύκλωμα δοκιμής διπλού παλμού στο ADS.

 

Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έχουν ως εξής:

 

Περίληψη

Σε πρακτικές εφαρμογές, η δίοδος αμαξώματος των MOSFET μας προσφέρει πολλές ευκολίες και πλεονεκτήματα, αλλά δεν μπορούμε να αγνοήσουμε την επίδραση των χαρακτηριστικών αντίστροφης ανάκτησης στο σύστημα.

Το μέγεθος της τιμής trr (η οποία σχετίζεται με την παράμετρο TT στο μοντέλο) επηρεάζει άμεσα την απόδοση και την αξιοπιστία της ηλεκτρονικής συσκευής. Ακολουθούν μερικοί σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν το TRR σε ηλεκτρονικές συσκευές:

Κατανάλωση και απόδοση ενέργειας: Η υψηλή τιμή TRR σημαίνει ότι η ηλεκτρονική συσκευή θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο για να ανακτήσει αντίστροφα, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη απώλεια ενέργειας. Αυτό μειώνει την ενεργειακή απόδοση και την αποδοτικότητα των ηλεκτρονικών συσκευών.
2. Ταχύτητα μεταγωγής: όσο μικρότερη είναι η τιμή TRR, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα ανάστροφης ανάκτησης της ηλεκτρονικής συσκευής. Σε εφαρμογές μεταγωγής υψηλής συχνότητας, συσκευές με σύντομους χρόνους ανάστροφης ανάκτησης μπορούν να αλλάζουν καταστάσεις πιο γρήγορα, βελτιώνοντας τη συνολική απόκριση του συστήματος.

3. Αξιοπιστία: Όταν το ρεύμα διέρχεται από τη δίοδο προς την αντίθετη κατεύθυνση, εάν η τιμή TRR είναι πολύ μεγάλη, θα δημιουργηθεί υψηλότερη κορυφή αντίστροφης τάσης. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια ισχύος, παραγωγή θερμότητας και ζημιά στη συσκευή, επηρεάζοντας την αξιοπιστία και τη διάρκεια ζωής ολόκληρου του κυκλώματος.