Bosh sahifa > Yangiliklar > Kontent

PIN quvvat diodasining dinamik harakati va fizikaga asoslangan model parametrlarini chiqarish usuli

Jan 27, 2018

Quvvatli elektron tizimning asosiy komponenti bo'lib, energetik yarim o'tkazgich qurilmasi o'tgan asrning 70-yillarida paydo bo'lganidan beri zamonaviy hayotda ajralmas elektron komponent bo'ldi. Ayniqsa, so'nggi yillarda energiya tejash va yangi energiya ishlab chiqarish talabini qondirish uchun global energiya tanqisligi va atrof-muhitning yomonlashuvi testi, elektr energiyasini elektron tizimini qayta ishlash va qayta ishlash keng tarqalgan bo'lib qo'llanilmoqda. asboblar katta quvvatga va yuqori ishonchliligiga va modulli yo'nalishga to'g'ri keladi. Muhim tarkibiy qism sifatida elektr diyotlari elektron va elektron sanoat tizimlarida, avtomashinali va elektrokompyuter elektron tizimlarida, aqlli tarmoqlarda, kema va aerokosmik sohalarda keng qo'llaniladi. Quvvat yarimo'tkazgichli qurilmaning ishlab chiqarish darajasini va ishlab chiqarish texnologiyasini ishlab chiqishda kuchlanish darajasiga, o'tkazuvchanlik oqimiga, almashtirishning yo'qolishiga va dinamik xususiyatlarga ega kuchlanish diodlarining ishlashi ancha yaxshilandi.


Quvvat yarimo'tkazgichli qurilmalarining yuqori xarajat va oson yo'qotilishi tufayli kompyuter simulyatsiyasi odatda tizimni loyihalashda qo'llaniladi.

Quvvat elektron tizimining simulyatsiyasi aniqligi simulyatsiya tomonidan ishlatiladigan model va model parametrlari bilan aniqlanadi. To'g'ri, ishonchli va amaliy rahbarlik natijalarini olish uchun biz aniq jismoniy model parametrlariga ega bo'lishimiz kerak va faqat aniq jismoniy parametrlarga ega bo'lishimiz kerak, shuning uchun quvvat yarim o'tkazgich qurilmasi modeli mazmunli bo'ladi.


Biroq, qurilma ishlab chiqaruvchilarining texnik blokadasi tufayli, kuch-yarim o'tkazgich qurilmalarining aniq namunaviy parametrlari ishlab chiqaruvchilar orqali va simulyatsiya modellarini qo'llashni cheklash va qurilmani qo'llash darajasini yaxshilash uchun an'anaviy sinov usullarini olish qiyin. Ko'p yillar davomida kuch va elektron qurilmalarda asosiy parametrlarni qanday qilib aniq tarzda chiqarish kuch elektroniği sohasida juda muhim mavzu bo'ldi. Quvvat diodi ochilishi va yopilishining dinamik xususiyatlari ichki jismoniy tuzilishni, ish mexanizmini va asosiy hududdagi tashuvchining taqsimlanishini aks ettirishi mumkin. Birinchidan, ularning dinamik xususiyatlarini aniqlash uchun asosiy parametrlarga asoslangan PIN kuch diodasining ichki strukturasini va dinamik xususiyatlarini tahlil qilishda; Keyin quvvat diodasining asosiy ko'rsatkichlarini identifikatsiyalashni optimallashtirish uchun dinamik simulyatsiya va optimallashtirish algoritmini birlashtirish usulini qo'llash; quvvat diodasining parametrlarini identifikatsiya qilish uchun tavsiya etilgan usulning samaradorligi tekshirildi.


1 PIN kuch diodasining asosiy tuzilishi va dinamik xususiyatlari

1-rasmda PIN turi elektr diyotining ichki strukturasining asosiy diagrammasi va tashuvchilar kontsentratsiyasining taqsimoti ko'rsatilgan. PIN-diod asosan R mintaqasi va N zonasidan va I mintaqaning (N-region) past doping kontsentratsiyasidan iborat. I mintaqaning qo'shilishi sababli, PIN-kodlar yuqori blokirovka qiluvchi kuchlanishlarga chidamli bo'lishi mumkin. Katta tayanch maydoniga dubilashganida diodlarning o'tkazuvchanligi qarshiligi yuqori darajada kamaytirilishi mumkin. Quvvatli diodlarning dinamik xususiyatlari, shu jumladan, ochilish va o'chirish xarakteristikalari I hududida tashuvchi tarqatish va o'zgarish jarayoni bilan belgilanadi, bu kuch diodalarining oldinga va teskari tiklanish xususiyatlarida namoyon bo'ladi.

1.png


1.1 Ochilish xususiyatlari

Diyotli o'tish davridagi yo'riqnoma anod kuchlanishining yuqori cho'qqisiga ko'tariladi va vaqt o'tishi bilan barqarorlashadi va juda kam kuchlanishli pasayishiga ega bo'ladi (2-rasmga qarang). Diyotning ilgari tiklash jarayoni, asosan, qo'rg'oshin uzunligi, qurilmaning to'plami va ichki N hududida o'tkazuvchanlik modulatsiyasining ta'siri bilan bog'liq.

2.png


Katta in'ektsiya sharoitida ortiqcha tashuvchining konsentratsiyasi drift mintaqasida o'tkazuvchanlik modulatsiyasini aniqlaydi. In'ektsiya oqimidagi ortiqcha tashuvchining kontsentratsiyasi doimiylik tenglamasi bilan belgilanadi.


3.png


Shì zhōng n - ortiqcha tashuvchining konsentratsiyasi;

J n - elektron oqimining zichligi;

q - Birlik uchun to'lov summasi;

t - ortiqcha tashuvchining muddati.


Oldinga yo'naltirilgan kuchlanish faqat oqim juda tez o'zgarganda va muddat murakkab umrdan kam bo'lganda paydo bo'ladi. Oqim asosan diffuziya jarayoni bilan belgilanadi va kompozitsion jarayon e'tiborsiz bo'lishi mumkin, shuning uchun elektron oqimi zichligi

4.png

Tashuvchining ortiqcha konsentratsiyasi

5.png


Formulada D n elektron diffuziya koeffitsienti.

Vaqtni tiklash jarayonining vaqtinchalik jarayonida oqim zichligi a darajasi bilan ortadi va drift mintaqasida ortiqcha tashuvchining kontsentratsiyasi olinadi.

6.png



Drift mintaqasidagi umumiy elektron kontsentratsiyasi

7.png

PN birikmasidan X masofasidagina DX qalinligining kichik qismi hisobga olinadi va drift mintaqasining qarshiligi bir xil bo'ladi.

8.png


Musbat tolali voltajni olish mumkin.

9.png

T turi M - Diffusiya o'tkazuvchanligi sobit;

V T - Temperatura va kuchlanish ekvivalenti, V T = k T / q;

k Boltzmann sobit k = 1,38 × 10 -23 J / K;

T - Termodinamik harorat.


1.2 Xarakterni o'chirib qo'ying

O'tkazish holatidagi diod birdan teskari kuchlanishni qo'llaganida, diyotning teskari blokirovka qilish qobiliyati tiklanish uchun vaqt talab qiladi, ya'ni teskari tiklash jarayoni. Bloklash qobiliyati tiklanmasidan oldin diyot qisqa tutashuv holatiga teng. Shakl 3da ko'rsatilgandek, t = t f dan , diodaning old oqimi I F amaldagi teskari kuchlanish ta'siri ostida d / ef d tezlikda kamayadi. I F o'zgarish tezligi tashqi teskari kuchlanish E dan va indementdagi indüktans L belgilangan,

10.png

T = t 0 bo'lsa , diyotning oqimi nolga teng. Bundan oldin, diod ilgari yanlarda va oqim ijobiy oqim. T0 vaqtidan keyin oldinga yo'naltirilgan kuchlanish pasayishi biroz pasayadi, ammo u hali ham ijobiy yoniq hisoblanadi va oqim roumingni teskari aylantirishni boshlaydi va I RRni teskari tiklash oqimini hosil qiladi. T = t 1 marta, drift mintaqasidagi Q1 zaryadi pompalanadi, teskari oqim IRM maksimal qiymatiga etadi va diyot blokirovkalash qobiliyatini tiklashga kirishadi. T1 vaqtidan keyin, PIN-diod uchun qutqarish davridagi PN - birikmasida tashuvchilar kontsentratsiyasi boshqa mintaqalardagidan yuqori. Kosmik zaryad qatlami o'rnatilgach, N mintaqasida tezlik bilan tarqalib, qoldiq tashuvchini tezda supurib chiqadi va teskari oqimning to'satdan pasayishiga sabab bo'ladi. Hozirgi koeffitsientning d irr / d t qiymati kattaroq bo'lgani uchun chiziqning indüktör voltaji yuqori indüksiyon voltajini hosil qiladi. Ushbu induktiv kuchlanish diyotga qo'llaniladigan teskari voltaj bilan o'rnatiladi, shunday qilib diyot yuqori reversli kuchlanishli VRMga chidamli bo'ladi.


T = t 2 dan keyin d irr / dt asta-sekin nolga tushadi, indüktans kuchlanish nolga tushadi, diode teskari blokni tiklaydi va statik teskari kuchlanish fazasiga kiradi. Orqaga qaytarib olish jarayoniga ta'sir qiluvchi asosiy omil - teskari qayta tiklash to'lovi, ya'ni teskari tiklash jarayonida zaryadning umumiy miqdori olinadi.

11.png

Drift mintaqasidagi erkin tashuvchining kontsentratsiyasining linearizatsiya qilinishi mumkinligini hisobga olib, 4-rasmda ko'rsatilgandek, elektr diyotining o'zgaruvchan oqim o'zgarishi bilan o'chirilganda teskari tiklash jarayoni amalga oshirilishi mumkin.

12.png

Hozirgi holatga asoslangan kateter tashuvchisi kontsentratsiyasining taqsimlanishi taxminan, drift mintaqasining o'rta qismining o'rtacha qiymati va x = 0 n (-d) kontsentratsiyasi o'rtasida x ning o'rtacha tashuvchisi konsentratsiyasiga nisbati bilan o'zgarishi mumkin = b. Ushbu tashuvchilarning kontsentratsiyasi

13.png

Drift mintaqasida o'rtacha tashuvchilardan konsentratsiyasi

14.png

T HL - Larjj inyeksiya ortiqcha tashuvchining umrini yozing;

J T - diyot anodining umumiy oqim zichligi;

J F - Diyotning old oqim zichligi;

L a - bipolyar diffuziya uzunligi.


O'chirish jarayonining birinchi bosqichida, PIN-rektiferning oqim zichligi t 0 momentida o'tish davri oqimi zichligidan (JF) nolga o'zgaradi. Birinchi bosqichning oxirida tashuvchining taqsimoti tekislanadi, chunki oqim 0 t oxirida nol bo'ladi. Ushbu bosqichda saqlangan zaryadlarning o'zgarishi mintaqada

15.png


A - Joriy zichlikdagi o'zgarish tezligi.

Joriy o'zgarishning t 0 momenti nolga teng

16.png

O'chirish jarayonining ikkinchi bosqichi voltajga chidamli bo'lish uchun oqimning t 0 momentidan P + N kontsentratsiyasiga qadar nolga teng bo'lgan T 1 marta hisoblanadi. Vaqt T1 vaqtinchalik jarayonning yopilishi paytida t = t 0 t o t = t 1 dan olingan zaryadi tahlil qilish yo'li bilan olinishi mumkin. Ushbu davrda olinadigan yig'imlar

17.png

Vaqt T 1 bo'ladi

18.png

Vaqtinchalik jarayonning uchinchi fazasi o'chirilganida, PIN-kodning diodi ostida kuchlanish ortib boradi. Dastlab, WSC (T) kosmik zaryad maydoni vaqt o'tishi bilan tashqaridan kengayadi. Ushbu operatsiyani bajarish, drift mintaqasida saqlangan zaryad, shuningdek T 1'den keyin teskari oqim pasayishiga olib keladi. Saqlash zaryadini olish vaqtida oqim deyarli o'zgarmaydi va P + N birikmasi T 1 momentida teskari bo'lsa, vaqtning o'zida olingan saqlash zaryadlari bir xil bo'ladi.

19.png

Kosmik zaryadlanish zonasi

20.png

Kosmik zaryad maydoni quyidagicha ifodalanishi mumkin

21.png

Orqaga qaytariladigan kuchlanish uchinchi bosqichda t = t2 oxirida tepada.