כיצד תכונת השחזור ההפוכה של דיודה צריכה להשתקף בדגם?

 0020-40946 טבעת מהדק, SNNF 8 אינץ', AL

מערכות חשמל של חצי גשר, גשר מלא ו-LLC, כמו גם MOSFET הכוח הראשי של מערכות בקרת המנוע, מתגי גלגלים חופשיים עבור ממירי באק סינכרוניים ומתגי תיקון סינכרוני משני, עוברים תהליך שחזור זרם הפוך עבור דיודות טפיליות. מאפייני ההתאוששות ההפוכה הגרועים של דיודת הגוף של מוביל ה-MOSFET מובילים לעלייה באובדן המיתוג של הדיודה, מה שמפחית את יעילות המערכת, ובמקביל, היא גם מייצרת צלצול גבוה, המשפיע על הכספת. פעולת ה-MOSFET הכוח. כיצד יש לשקול את תכונת השחזור ההפוכה במודל? בואו נעשה קצת דיון על זה היום.

0020-25279 8"צלצול מהדק

II. מנגנון שחזור כיוון דיודה

כאשר דיודת הגוף מופעלת חיצונית עם מתח קדימה VF, המתח קדימה מחליש את השדה החשמלי הפנימי של צומת PN, תנועת הסחיפה נחלשת, תנועת הדיפוזיה מוגברת, ושיווי המשקל הדינמי של דיפוזיה וסחיפה מופרע. כתוצאה מכך, חורים (פוליסונים) באזור P זורמים לאזור N, ואלקטרונים (פוליסונים) באזור N זורמים לאזור P. האלקטרונים הנכנסים לאזור ה-P והחורים הנכנסים לאזור ה-N הופכים לבני האזור המעטים, בהתאמה. לכן, ישנם פחות בנים באזורי P ו-N מאשר בהיעדר מתח מופעל, והבנים הנוספים הללו נקראים טונות בודדים לא מאוזנים.

מעטרונים אלה שאינם בשיווי משקל הם דיפוזיה באזורי N ו-P על ידי הפרש הריכוזים במהלך הצטברות. אם לוקחים חורים כדוגמה, התפלגות ריכוזי החורים נקבעת באזור N, כאשר הריכוז הגדול ביותר נמצא ליד קצה הצומת וככל שהוא קטן יותר, רחוק יותר מהצומת. ככל שהזרם קדימה גדול יותר, כך מספר החורים המאוחסנים גדול יותר והשיפוע של התפלגות הריכוז גדול יותר. הדיפוזיה של אלקטרונים לאזור P דומה, והגרף שלהלן מציג את התפלגות המטענים המאוחסנים בדיודה. התופעה של הצטברות נושאי מיעוט ללא שיווי משקל במהלך הולכה קדימה מכונה לעתים קרובות אפקט אחסון המטען.

כאשר מתח הפוך מופעל על דיודת הגוף, האלקטרונים המאוחסנים באזור P והחורים המאוחסנים באזור N אינם נעלמים מיד, אך הם מצטמצמים בהדרגה בשתי דרכים:

א. תחת פעולת השדה החשמלי ההפוך, האלקטרונים באזור P נמשכים חזרה לאזור N, והחורים באזור N נמשכים חזרה לאזור P, ויוצרים זרם סחיפה הפוך;

ב. ריקומבינציה עם רוב הספקים. תהליך ההתאוששות ההפוכה של הדיודה במהלך תהליך המרת המיתוג נגרם בעיקרו על ידי אפקט אחסון המטען, וזמן ההתאוששות ההפוכה הוא הזמן הנדרש להיעלמות המטען המאוחסן.

מעגל בדיקת דופק כפול

0200-09315 HChuck, ESC Cover Ring, קרמיקה

בדיקת דופק כפול היא שיטת בדיקה בשימוש נרחב באפיון רכיבי מיתוג כוח כגון MOSFETs ו-IGBTs. בדיקה זו מעריכה לא רק את מאפייני המיתוג של רכיבי המטרה, אלא גם את מאפייני ההתאוששות ההפוכה של דיודות התאוששות מהירה (FRDs) המשמשות בשילוב עם דיודות גוף ו-IGBT. לכן, זה מאוד שימושי להעריך מעגלים שגורמים להפסדים עקב מאפייני התאוששות הפוכים במהלך ההדלקה. תרשים המעגל הבסיסי עבור בדיקת הדופק הכפול מוצג להלן.

במעגל זה, הצד העליון הוא מבחנה הדיודה, והצד התחתון הוא MOSFET לנהיגה, וניתן לחלק את העבודה הבסיסית של בדיקת דופק כפול לשלושה סוגים: (1), (2) ו-(3) . כאשר המתח של הפולסר מוגדר כ-VPulse, הזרם הזורם דרך המשרן הוא IL, והמתח של ה-DUT הוא VDD. כאשר הפעולה נמצאת במצב (1), ה-MOSFET נמצא במצב ON. נתיב הזרם הוא: ספק כוח → השראות Ls → השראות L → MOSFET → ספק כוח. בזמן זה, המשרן L מצטבר. כאשר הפעולה נמצאת במצב (2), ה-MOSFET כבוי (I=0A), כך שמסלול הזרם הוא: משרן L → דיודה יוצר מעגל סגור והופך לפעולת גלגל חופשי. כאשר הפעולה היא (3), ה-MOSFET מופעל (ON) שוב, ונתיב הזרם הוא ספק הכוח → השראות Ls → משרן L → MOSFET → ספק כוח, וזרם ההתאוששות ההפוכה של הדיודה חופף עם ההפעלה -על זרם, וניתן לראות את תופעת ההתאוששות ההפוכה על ידי התבוננות בזרם הזורם דרך הדיודה.

כיצד דגם SPICE מתאר את תכונת ההתאוששות ההפוכה

סך המטען Q בדיודה מורכב משני חלקים: המטען שנצבר באזור זה עקב השינוי במתח בשני קצוות הצומת והמטען המאוחסן באזור הנייטרלי (NR), שנוצר על ידי קטן מספר נשאים שהוזרקו לאזור הנייטרלי (NR). קיבול הצומת CJ וקיבול הדיפוזיה CD מתאימים, בהתאמה. ביניהם, הביטוי של CJ הוא כדלקמן:

והביטוי לתקליטור הוא:

במילים אחרות, התאוששות הפוכה קשורה לקיבול של הדיודה. כאשר אנו קובעים את פרמטרי הקיבול של CJ, CJO, M, FC, VJ. אז הפרמטר של התאוששות הפוכה קשור לפרמטר TT של CD.

איך דגם SPICE מחלץ את פרמטרי השחזור ההפוכה

מיצוי הפרמטרים של מודל התבלינים יכול להיעשות ב-ICCAP. ICCAP מספקת דוגמה בסיסית של דיודה שעליה נוכל לפתח דוגמה לאימות חילוץ פרמטרים של התאוששות הפוכה.

בדוגמה זו, מוגדר DUT חדש, בשם Recovery, ומעגל בדיקה כפול-פול נכתב, במקרה זה, בתחביר תבלין, שהוא זהה לתחביר האמולטור המקביל.

בהתחשב בסימולציית הבדיקה המקבילה, אנו יכולים לראות את העקומה האופיינית של ההתאוששות ההפוכה על ידי בדיקת הזרם דרך הדיודה.

ניתן להשתמש בכוונון ב-ICCAP כדי לייעל את כוונון הפרמטרים המתאימים. כאשר אנו מכוונים פרמטרים של TT, אנו נראה שהזרם ההפוך משתנה.

אימות סימולציית בדיקה כפולה

באופן דומה, אנו יכולים להגדיר מעגל בדיקה כפול דופק ב-ADS.

 

תוצאות הסימולציה הן כדלקמן:

 

תַקצִיר

ביישומים מעשיים, דיודת הגוף של MOSFETs מביאה לנו הרבה נוחות ויתרונות, אך איננו יכולים להתעלם מההשפעה של מאפייני ההתאוששות ההפוכה שלה על המערכת.

גודל ערך trr (הקשור לפרמטר TT בדגם) משפיע ישירות על הביצועים והאמינות של המכשיר האלקטרוני. להלן מספר גורמים חשובים המשפיעים על TRR במכשירים אלקטרוניים:

צריכת אנרגיה ויעילות: ערך TRR גבוה אומר שלמכשיר האלקטרוני ייקח זמן רב יותר להתאושש הפוך, וכתוצאה מכך לאובדן אנרגיה רב יותר. זה מפחית את יעילות האנרגיה והיעילות של מכשירים אלקטרוניים.
2. מהירות מיתוג: ככל שערך ה-TRR קטן יותר, מהירות ההתאוששות ההפוכה של המכשיר האלקטרוני תהיה מהירה יותר. ביישומי מיתוג בתדר גבוה, מכשירים עם זמני שחזור הפוך קצרים יכולים להחליף מצבים מהר יותר, ולשפר את תגובת המערכת הכוללת.

3. אמינות: כאשר הזרם עובר דרך הדיודה בכיוון ההפוך, אם ערך ה-TRR גדול מדי, ייווצר שיא מתח הפוך גבוה יותר. זה יכול להוביל לאובדן חשמל, לייצור חום ולנזק למכשיר, המשפיעים על האמינות ועל משך החיים של המעגל כולו.