Comment la fonction de récupération inverse de la diode doit-elle être reflétée dans le modèle ?

 0020-40946 ANNEAU DE SERRAGE, 8" SNNF, AL

Les systèmes d'alimentation en demi-pont, en pont complet et LLC, ainsi que les MOSFET de puissance principaux des systèmes de commande de moteur, les commutateurs à roue libre pour les convertisseurs abaisseurs synchrones et les commutateurs de redressement synchrones secondaires, subissent un processus de récupération de courant inverse pour les diodes parasites. Les mauvaises caractéristiques de récupération inverse de la diode du corps du MOSFET de puissance entraînent une augmentation de la perte de commutation de la diode, ce qui réduit l'efficacité du système et, en même temps, génère également une sonnerie élevée, ce qui affecte la sécurité. fonctionnement du MOSFET de puissance. Comment la fonctionnalité de récupération inversée doit-elle être prise en compte dans le modèle ? Faisons une discussion à ce sujet aujourd'hui.

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Mécanisme de récupération de direction II.Diode

Lorsque la diode corporelle est appliquée extérieurement avec une tension directe VF, la tension directe affaiblit le champ électrique interne de la jonction PN, le mouvement de dérive est affaibli, le mouvement de diffusion est amélioré et l'équilibre dynamique de diffusion et de dérive est perturbé. En conséquence, les trous (polysons) de la région P se dirigent vers la région N et les électrons (polysons) de la région N se dirigent vers la région P. Les électrons qui entrent dans la zone P et les trous qui entrent dans la zone N deviennent respectivement les quelques fils de la zone. Par conséquent, il y a moins de fils dans les régions P et N qu’en l’absence de tension appliquée, et ces quelques fils supplémentaires sont appelés quelques tonnes déséquilibrées.

Ces quelquesrons hors équilibre sont diffusés dans les régions N et P par la différence de concentration lors de l'accumulation. En prenant les trous comme exemple, la distribution de la concentration des trous est établie dans la région N, avec la plus grande concentration près du bord de la jonction et la plus petite à mesure qu'on s'éloigne de la jonction. Plus le courant direct est important, plus le nombre de trous stockés est grand et plus le gradient de distribution des concentrations est grand. La diffusion des électrons dans la région P est similaire et le graphique ci-dessous montre la répartition des charges stockées dans la diode. Le phénomène d’accumulation de porteurs minoritaires hors équilibre pendant la conduction directe est souvent appelé effet de stockage de charges.

Lorsqu'une tension inverse est appliquée à la diode du corps, les électrons stockés dans la région P et les trous stockés dans la région N ne disparaissent pas immédiatement, mais ils sont progressivement réduits de deux manières :

un. Sous l'action du champ électrique inverse, les électrons de la région P sont ramenés vers la région N et les trous de la région N sont ramenés vers la région P, formant un courant de dérive inverse ;

b. Recombinaison avec la plupart des transporteurs. Le processus de récupération inverse de la diode pendant le processus de conversion par commutation est essentiellement provoqué par l'effet de stockage de charge, et le temps de récupération inverse est le temps nécessaire pour que la charge stockée disparaisse.

Circuit de test à double impulsion

0200-09315 HChuck, bague de recouvrement ESC, céramique

Le test à double impulsion est une méthode de test largement utilisée dans la caractérisation des composants de commutation de puissance tels que les MOSFET et les IGBT. Ce test évalue non seulement les caractéristiques de commutation des composants cibles, mais également les caractéristiques de récupération inverse des diodes à récupération rapide (FRD) utilisées conjointement avec les diodes du corps et les IGBT. Par conséquent, il est très utile d’évaluer les circuits qui provoquent des pertes dues aux caractéristiques de récupération inverse lors de la mise sous tension. Le schéma de circuit de base du test à double impulsion est présenté ci-dessous.

Dans ce circuit, le côté supérieur est le tube à essai de diode et le côté inférieur est le MOSFET pour le pilotage, et le travail de base du test à double impulsion peut être divisé en trois types : (1), (2) et (3) . Lorsque la tension de l'impulsionur est définie comme VPulse, le courant circulant dans l'inducteur est IL et la tension du DUT est VDD. Lorsque le fonctionnement est à l'état (1), le MOSFET est à l'état ON. Le chemin actuel est : alimentation → inductance Ls → inductance L → MOSFET → alimentation. A ce moment, l'inducteur L s'accumule. Lorsque le fonctionnement est dans l'état (2), le MOSFET est désactivé (I=0A), donc le chemin du courant est : l'inductance L → La diode forme un circuit fermé et devient un fonctionnement en roue libre. Lorsque l'opération est (3), le MOSFET est à nouveau allumé (ON) et le chemin du courant est l'alimentation → inductance Ls → inductance L → MOSFET → alimentation, et le courant de récupération inverse de la diode chevauche celui de marche. -sur le courant, et le phénomène de récupération inverse peut être observé en observant le courant circulant dans la diode.

Comment le modèle SPICE décrit la fonctionnalité de récupération inversée

La charge totale Q dans une diode est composée de deux parties : la charge accumulée dans cette région en raison du changement de tension aux deux extrémités de la jonction et la charge stockée dans la région neutre (NR), qui est formée par un petit nombre de porteurs injectés dans la région neutre (NR). La capacité de jonction CJ et la capacité de diffusion CD correspondent respectivement. Parmi eux, l'expression de CJ est la suivante :

Et l'expression pour CD est :

En d’autres termes, la récupération inverse est liée à la capacité de la diode. Lorsque nous déterminons les paramètres de capacité de CJ, CJO, M, FC, VJ. Alors le paramètre de récupération inverse est lié au paramètre TT de CD.

Comment le modèle SPICE extrait les paramètres de récupération inverse

L’extraction des paramètres du modèle Spice peut être effectuée dans ICCAP. ICCAP fournit un exemple de base de diode sur lequel nous pouvons développer un exemple de vérification d'extraction de paramètres de récupération inverse.

Dans cet exemple, un nouveau DUT est défini, nommé Recovery, et un circuit de test à double impulsion est écrit, dans ce cas, dans la syntaxe spice, qui est la même que la syntaxe de l'émulateur correspondant.

Compte tenu de l'excitation de simulation de test correspondante, nous pouvons observer la courbe caractéristique de la récupération inverse en testant le courant traversant la diode.

Le réglage peut être utilisé dans ICCAP pour optimiser le réglage des paramètres correspondants. Lorsque nous réglons les paramètres TT, nous verrons que le courant inverse change.

Vérification par simulation de test à double impulsion

De même, nous pouvons mettre en place un circuit de test à double impulsion dans ADS.

 

Les résultats des simulations sont les suivants :

 

Résumé

Dans les applications pratiques, le corps de la diode des MOSFET nous apporte beaucoup de commodité et d'avantages, mais nous ne pouvons ignorer l'impact de ses caractéristiques de récupération inverse sur le système.

L'ampleur de la valeur trr (qui est liée au paramètre TT dans le modèle) affecte directement les performances et la fiabilité de l'appareil électronique. Voici quelques facteurs importants qui affectent le TRR sur les appareils électroniques :

Consommation d'énergie et efficacité : une valeur TRR élevée signifie que l'appareil électronique mettra plus de temps à récupérer en marche arrière, ce qui entraînera une perte d'énergie plus importante. Cela réduit l’efficacité énergétique et l’efficacité des appareils électroniques.
2. Vitesse de commutation : plus la valeur TRR est petite, plus la vitesse de récupération inverse de l'appareil électronique est rapide. Dans les applications de commutation haute fréquence, les appareils dotés de temps de récupération inverse courts peuvent changer d'état plus rapidement, améliorant ainsi la réactivité globale du système.

3. Fiabilité : lorsque le courant traverse la diode dans le sens opposé, si la valeur TRR est trop grande, un pic de tension inverse plus élevé sera généré. Cela peut entraîner une perte de puissance, une génération de chaleur et des dommages aux appareils, affectant la fiabilité et la durée de vie de l'ensemble du circuit.