Hur ska den omvända återställningsfunktionen hos dioden återspeglas i modellen?

 0020-40946 KLÄMRING, 8" SNNF, AL

Halvbrygga, helbrygga och LLC-kraftsystem, såväl som motorstyrsystems huvudkraft MOSFETs, frihjulsomkopplare för synkrona buck-omvandlare och sekundära synkrona likriktaromkopplare, genomgår en omvänd strömåtervinningsprocess för parasitdioder. De dåliga omvända återhämtningsegenskaperna hos kroppsdioden på MOSFET-ledningen leder till en ökning av omkopplingsförlusten för dioden, vilket minskar systemets effektivitet, och samtidigt genererar den också hög ringsignal, vilket påverkar säkra drift av power MOSFET. Hur ska den omvända återställningsfunktionen beaktas i modellen? Låt oss diskutera det i dag.

0020-25279 8"KLÄMRING

II. Mekanism för återställning av diodriktning

När kroppsdioden appliceras externt med en framåtspänning VF, försvagar framåtspänningen det interna elektriska fältet i PN-övergången, driftrörelsen försvagas, diffusionsrörelsen förstärks och den dynamiska jämvikten mellan diffusion och drift störs. Som ett resultat strömmar hål (polysoner) i P-regionen till N-regionen och elektroner (polysoner) i N-regionen strömmar till P-regionen. Elektronerna som kommer in i P-zonen och hålen som kommer in i N-zonen blir zonens få söner. Därför finns det fler färre söner i P- och N-regionerna än i frånvaro av pålagd spänning, och dessa extra få söner kallas obalanserade få ton.

Dessa icke-jämviktsfåror sprids i N- och P-regionerna genom koncentrationsskillnaden under ackumulering. Om man tar hål som ett exempel, etableras hålkoncentrationsfördelningen i N-regionen, med den största koncentrationen nära korsningens kant och ju mindre desto längre bort från korsningen. Ju större framåtström, desto större antal lagrade hål och desto större gradient för koncentrationsfördelningen. Diffusionen av elektroner in i P-regionen är liknande, och grafen nedan visar fördelningen av lagrade laddningar i dioden. Fenomenet med ackumulering av minoritetsbärare i icke-jämvikt under framåtledning kallas ofta för laddningslagringseffekten.

När en omvänd spänning appliceras på kroppsdioden försvinner inte elektronerna lagrade i P-regionen och hålen lagrade i N-regionen omedelbart, utan de reduceras gradvis på två sätt:

a. Under verkan av det omvända elektriska fältet dras elektronerna i P-regionen tillbaka till N-regionen och hålen i N-regionen dras tillbaka till P-regionen, vilket bildar en omvänd driftström;

b. Rekombination med de flesta bärare. Den omvända återställningsprocessen för dioden under omkopplingsprocessen orsakas i huvudsak av laddningslagringseffekten, och den omvända återhämtningstiden är den tid som krävs för att den lagrade laddningen ska försvinna.

Dubbel puls testkrets

0200-09315 HChuck, ESC Cover Ring, Keramik

Dubbelpulstest är en testmetod som används i stor utsträckning för att karakterisera kraftomkopplingskomponenter som MOSFET och IGBT. Detta test utvärderar inte bara omkopplingsegenskaperna för målkomponenterna, utan också de omvända återhämtningsegenskaperna för snabbåterställningsdioder (FRD) som används i samband med kroppsdioder och IGBT:er. Därför är det mycket användbart att utvärdera kretsar som orsakar förluster på grund av omvänd återhämtningskarakteristik under påslagning. Det grundläggande kretsschemat för dubbelpulstestet visas nedan.

I denna krets är den övre sidan diodprovröret, och undersidan är MOSFET för körning, och det grundläggande arbetet med dubbelpulstest kan delas in i tre typer: (1), (2) och (3) . När pulsarens spänning definieras som VPuls, är strömmen som flyter genom induktorn IL, och spänningen för DUT är VDD. När operationen är i (1)-tillståndet är MOSFET-enheten i ON-tillståndet. Strömvägen är: strömförsörjning→ induktans Ls→ induktans L→ MOSFET→ strömförsörjning. Vid denna tidpunkt ackumuleras induktorn L. När operationen är i tillstånd (2), stängs MOSFET av (I=0A), så strömvägen är: induktor L→ Diod bildar en sluten krets och blir frihjulsdrift. När operationen är (3) slås MOSFET på (ON) igen, och strömvägen är strömförsörjningen → induktans Ls → induktor L → MOSFET → strömkälla, och den omvända återställningsströmmen för dioden överlappar med på -på ström, och fenomenet omvänd återhämtning kan ses genom att observera strömmen som flyter genom dioden.

Hur SPICE Model beskriver den omvända återställningsfunktionen

Den totala laddningen Q i en diod består av två delar: laddningen som ackumuleras i denna region på grund av förändringen i spänningen i båda ändarna av korsningen och laddningen lagrad i det neutrala området (NR), som bildas av en liten antal bärare injicerade i den neutrala regionen (NR). Kopplingskapacitans CJ och diffusionskapacitans CD motsvarar respektive. Bland dem är uttrycket för CJ som följer:

Och uttrycket för CD är:

Med andra ord är omvänd återhämtning relaterad till diodens kapacitans. När vi bestämmer kapacitansparametrarna för CJ, CJO, M, FC, VJ. Då är parametern för omvänd återhämtning relaterad till parametern TT för CD.

Hur SPICE Model extraherar parametrarna för omvänd återställning

Extraheringen av Spice Model-parametrar kan göras i ICCAP. ICCAP tillhandahåller ett grundläggande diodexempel på vilket vi kan utveckla ett exempel på verifiering av omvänd återställningsparameterextraktion.

I det här exemplet definieras en ny DUT, som heter Recovery, och en dubbelpulstestkrets skrivs, i det här fallet, i kryddsyntax, vilket är samma som motsvarande emulatorsyntax.

Med tanke på motsvarande testsimuleringsexcitering kan vi observera den karakteristiska kurvan för den omvända återhämtningen genom att testa strömmen genom dioden.

Tuning kan användas i ICCAP för att optimera inställningen av motsvarande parametrar. När vi ställer in TT-parametrar kommer vi att se att den omvända strömmen ändras.

Dubbelpulstestsimuleringsverifiering

På liknande sätt kan vi sätta upp en dubbelpulstestkrets i ADS.

 

Simuleringsresultaten är följande:

 

Sammanfattning

I praktiska tillämpningar ger kroppsdioden hos MOSFET: er en hel del bekvämlighet och fördelar, men vi kan inte ignorera effekten av dess omvända återställningsegenskaper på systemet.

Storleken på trr-värdet (som är relaterat till TT-parametern i modellen) påverkar direkt den elektroniska enhetens prestanda och tillförlitlighet. Här är några viktiga faktorer som påverkar TRR på elektroniska enheter:

Energiförbrukning och effektivitet: Ett högt TRR-värde innebär att den elektroniska enheten tar längre tid att återhämta sig omvänt, vilket resulterar i mer energiförlust. Detta minskar energieffektiviteten och effektiviteten hos elektroniska enheter.
2. Omkopplingshastighet: ju mindre TRR-värdet är, desto snabbare blir den elektroniska enhetens återhämtningshastighet. I högfrekvensväxlingsapplikationer kan enheter med korta omvända återställningstider byta tillstånd snabbare, vilket förbättrar systemets övergripande svarsförmåga.

3. Tillförlitlighet: När strömmen passerar genom dioden i motsatt riktning, om TRR-värdet är för stort, kommer en högre omvänd spänningstopp att genereras. Detta kan leda till strömförlust, värmealstring och skador på enheten, vilket påverkar tillförlitligheten och livslängden för hela kretsen.