Dom > Vijesti > Sadržaj

Dinamičko ponašanje PIN dinamičkog ponašanja i metoda ekstrakcije parametra na temelju fizike

Jan 27, 2018

Kao osnovna komponenta elektroenergetskog sustava, elektroenergetski poluvodički uređaj je neophodna elektronička komponenta u suvremenom životu jer se pojavila 70-ih godina prošlog stoljeća. Posebno posljednjih godina, lice globalne energetske nestašice i okoliša pogoršanje test, kako bi se zadovoljile potrebe za uštedu energije i novi energetski razvoj, elektroenergetski sustav pretvorbe i obrade energije se sve više i više koristi, sve vrste električne energije uređaji su usmjereni prema velikim kapacitetima i visokoj pouzdanosti i modularnom smjeru. Kao važna komponenta, električne diode su naširoko koristi u elektronici kućanskih i industrijskih elektroničkih sustava, elektronskih sustava za automobilsku i električnu energiju, pametne mreže, brodske i zrakoplovne polja. Razvojem razina dizajna i tehnologije proizvodnje poluvodiča snage, uvelike se poboljšavaju performanse snage dioda, kao što su naponska razina izdržljivosti, struja provodljivosti, gubitak preklapanja i dinamičke karakteristike.


Zbog visokih troškova i jednostavnog uništavanja elektroenergetskog poluvodičkog uređaja, računalna simulacija obično se koristi u dizajnu sustava.

Točnost simulacije elektroenergetskog sustava određena je modelom i parametrima modela koji se koriste simulacijom. Da bismo dobili točne, pouzdane i praktične rezultate vodstva, moramo imati točne parametre fizičkog modela i imamo samo točne parametre fizičkog modela, tako da model moćnog poluvodičkog uređaja ima smisla.


Međutim, zbog tehničke blokade proizvođača uređaja, precizni parametri modela poluvodičkih naprava teško je doći preko proizvođača i uobičajenih metoda testiranja, što ograničava korištenje simulacijskih modela i poboljšanje razine aplikacije uređaja. Već dugi niz godina, kako točno izvući ključne parametre unutar napajanja i elektroničkih uređaja, vruća je tema na području elektroenergetske elektronike. Dinamičke karakteristike otvaranja i zatvaranja diode snage mogu odražavati unutarnju fizičku strukturu, radni mehanizam i raspodjelu nosača u osnovnom području. Prvo, u analizi unutarnje strukture i dinamičkih svojstava PIN-diode na temelju ključnih parametara za određivanje njihovih dinamičkih svojstava određene su; zatim pomoću metode kombiniranja algoritma dinamičke simulacije i optimizacije radi optimizacije identifikacije ključnih parametara diode snage; provjerava se učinkovitost predložene metode za prepoznavanje parametara snage diode.


1 Osnovna struktura i dinamička svojstva PIN diode

Slika 1 prikazuje princip dijagrama unutarnje strukture diode tipa tipa PIN i distribucije koncentracije nosača. PIN dioda se sastoji uglavnom od P područja i N zone i niske doping koncentracije I regije (N-regije). Zbog dodavanja I područja, PIN diode mogu izdržati viši blokirajući napon. Otpornost kondukcije dioda može se uvelike smanjiti modulacijom provodljivosti kada se injektira na velikoj bazičnoj površini. Dinamičke karakteristike diodnih snaga, uključujući značajke uključivanja i isključivanja, određene su distribucijom nosača i procesom promjene na području I, što se očituje u karakteristikama napajanja naprijed i natrag.

1.png


1.1 Karakteristike otvaranja

Vodič s prolaznim prolazom dioda će biti popraćen vrškom nadilaženja anodnog napona, nakon određenog vremenskog perioda za stabilizaciju i ima vrlo mali pad napona (vidi sliku 2). Proces napajanja naprijed na diodu uglavnom je pod utjecajem duljine olova, paketa uređaja i učinka modulacije vodljivosti u unutarnjoj regiji N.

2.png


Pod velikim uvjetima ubrizgavanja, koncentracija viška nosača određuje modulaciju provodljivosti u regiji driftova. Višak koncentracije nosača u regiji driftanja injekcije određuje se jednadžbom kontinuiteta.


3.png


式 中 n - Prekomjerna koncentracija nosača;

J n - Elektronska gustoća struje;

q - iznos naplate jedinice;

τ - viši životni vijek prijevoznika.


Napon naprijed naprijed pojavljuje se samo kada se struja mijenja vrlo brzo, a trajanje je manje od složenog vijeka trajanja. Tekućina se uglavnom određuje difuzijskim procesom, a kompozitni proces se može zanemariti, pa je gustoća elektronske struje

4.png

Prekomjerna koncentracija nosača

5.png


U formuli, D n je koeficijent difuzije elektrona.

U prijelaznom procesu napretka prema naprijed, trenutna gustoća se povećava brzinom a, a višak koncentracije nosača u regiji za driftanje.

6.png



Ukupna koncentracija elektrona u regiji driftova je

7.png

Na udaljenosti X od PN spoja, smatra se mali dio debljine DX, a otpor regije driftova je isti.

8.png


Može se postići pozitivan povratni napon.

9.png

Tip T M - Dijagram koji prolazi konstantom;

V T - temperaturu i ekvivalent napona, V T = k T / q;

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

T - Termodinamička temperatura.


1.2 Isključite karakteristike

Kada dioda u provodnoj državi odjednom primjenjuje obrnuti napon, sposobnost reverznog blokiranja diode će trajati do oporavka, što je obrnuto proces oporavka. Dioda je ekvivalentna stanju kratkog spoja prije nego se obnovi sposobnost blokiranja. Kao što je prikazano na slici 3, od t = tf , naprijedna struja I F diode se smanjuje brzinom d d / d t pod utjecajem primijenjenog obrnutog napona. Brzina promjene F je od vanjskog obrnutog napona E I induktivitet L u petlji je određen,

10.png

Kada je t = t 0 , struja u diodi jednaka je nuli. Prije toga, dioda je na naprijed pristranosti, a struja je pozitivna struja. Nakon t0 vremena pad napona naprijed je neznatno smanjen, ali je i dalje pozitivna pristranost, a struja počinje obrnuti cirkulaciju i tvori obrnuti povratni strujni I RR . Kod t = t vremena, punjenje Q 1 u regiji pomaka se pumpa, povratna struja doseže maksimalnu vrijednost IRM-a, a dioda počinje oporaviti sposobnost blokiranja. Nakon T1 vremena, za PIN dioda, koncentracija nosača na PN spoju u fazi oporavka je viša od one u ostalim regijama. Jednom kada se postavlja sloj naboja prostora, brzo se širi u regiji N, brzo brišući preostali nosač, uzrokujući naglo pada obrnutog struje. Budući da je d i / d t trenutne brzine spuštanja veća, induktivni napon linije će generirati veći indukcijski napon. Ovaj induktivni napon se postavlja na suprotnu stranu s primjenjenim obrnutog napona na diodu, tako da dioda će podnijeti visoki povratni napon VRM.


Nakon t = t2, d irr / dt postupno smanjuje na nulu, napon induktiviteta pada na nulu, dioda vraća obrnuti blok i ulazi u fazu statičkog obrnutog napona. Glavni čimbenik koji utječe na reverzibilni proces oporavka je naplatni trošak oporavka, tj. Ukupna količina naboja Q rr se uklanja tijekom postupka obnavljanja.

11.png

Pod pretpostavkom da se slobodna koncentracija nosača u regiji driftova može linearizirati, može se uspostaviti proces reverzne obnove kada se dioda snage isključi pri konstantnoj brzini promjene struje, kao što je prikazano na slici 4.

12.png

Rasprostranjenost rasprostranjenosti nosioca na temelju trenutnog stanja može biti približno zamijenjena linearnom varijacijom između srednje vrijednosti srednjeg dijela regije driftova i koncentracije x = 0 n (-d) do prosječne koncentracije nosača Na na x = b. Koncentracija ovih nosača je

13.png

Srednja koncentracija nosača u regiji pada

14.png

Tip τ HL - Veliki vijek trajanja injekcijskog ubrizgavanja;

J T - ukupna gustoća struje diode anode;

JF - Gornja struja diode;

L a - Bipolarna duljina difuzije.


U prvoj fazi procesa isključivanja, trenutna gustoća ispravljača PIN-a mijenja se iz gustoće protoka (J F ) na nulu pri t 0 momentu. Na kraju prve faze, distribucija nosača postaje ravna jer je struja nula na kraju t0 vremena. Promjena napunjenosti koja je pohranjena u ovoj regiji driftova faze jest

15.png


Upišite a - brzinu promjene gustoće struje.

Trenutak trenutne promjene na nulu izražava se kao

16.png

Druga faza procesa isključivanja je T 1 od trenutka t 0 struje do nula do P + N spoja kako bi se počelo izdržati napona. Vrijeme T1 može se dobiti analizom naboja ekstrahiranog iz t = t 0 t o t = t 1 tijekom zaustavljanja procesa prijelaznog vremena. Optužbe izdvojene tijekom ovog razdoblja su:

17.png

Vrijeme T 1 je

18.png

Kad se treća faza tranzijentnog procesa isključi, napon ispod PIN diode počinje se povećavati. U početku, prostor za napajanje prostora WSC (T) se širi prema van dok vrijeme prolazi. U tom procesu napunjenost pohranjena u regiji driftova dalje se ekstrahira, što rezultira smanjenjem obrnute struje nakon T 1 . Pretpostavlja se da je struja približno konstantna kada se naplata skladištenja ekstrahira, a kad se P + N spoj vrati u T 1 moment, naplata pohrane ekstrahirana u t trenutku je ista.

19.png

Naponom zone napona

20.png

Područje prostornog prostora može se izraziti kao

21.png

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