Id-dar > Aħbarijiet > Il-kontenut

Kodiċi ta 'l-Enerġija tal-Pinna Dikjarazzjoni Dinamika u l-Mudell Ibbażat fuq il-Fiżika

Jan 27, 2018

Bħala l-komponent ewlieni tas-sistema elettronika tal-enerġija, l-apparat semikonduttur tal-qawwa kien komponent elettroniku indispensabbli fil-ħajja moderna peress li deher fis-sebgħinijiet tas-seklu li għadda. Speċjalment f'dawn l-aħħar snin, il-wiċċ tan-nuqqas globali tal-enerġija u t-test tad-deterjorament tal-ambjent, sabiex tintlaħaq id-domanda għall-iffrankar tal-enerġija u żvilupp ġdid tal-enerġija, il- L-apparati huma lejn kapaċità kbira u affidabilità għolja u direzzjoni modulari. Bħala komponent importanti, id-dijodi tal-qawwa jintużaw b'mod wiesa 'fl-elettronika tad-dar u f'sistemi elettroniċi industrijali, sistemi elettroniċi tal-ferroviji tal-karozzi u elettriċi, grids intelliġenti, vapuri u aerospazjali. Bl-iżvilupp tal-livell tad-disinn tal-apparat semikonduttur tal-qawwa u t-teknoloġija tal-manifattura, il-prestazzjoni tad-dijodi tal-qawwa, bħal jifilħu għal livell ta 'vultaġġ, kurrent tal-konduzzjoni, telf tal-bidla u karatteristiċi dinamiċi tjiebu ħafna.


Minħabba l-ispiża għolja u l-qerda faċli tat-tagħmir semikonduttur tal-qawwa, is-simulazzjoni tal-kompjuter normalment tintuża fid-disinn tas-sistema.

L-eżattezza tas-simulazzjoni tas-sistema elettronika tal-qawwa hija ddeterminata mill-mudell u mill-parametri tal-mudell użati mis-simulazzjoni. Biex tikseb riżultati ta 'gwida preċiżi, affidabbli u prattiċi, irridu nkunu parametri preċiżi ta' mudell fiżiku, u għandhom biss parametri preċiżi tal-mudell fiżiku, u għalhekk il-mudell ta 'apparat semikonduttur tal-qawwa huwa sinifikanti.


Madankollu, minħabba l-imblokk tekniku tal-manifatturi tal-apparat, il-parametri preċiżi tal-mudelli ta 'apparati semikondutturi tal-qawwa huma diffiċli biex jiksbu permezz ta' manifatturi u metodi ta 'ttestjar konvenzjonali, li jillimita l-użu ta' mudelli ta 'simulazzjoni u t-titjib tal-livell tal-applikazzjoni ta' apparat. Għal bosta snin, kif jiġu estratti b'mod preċiż il-parametri ewlenin fi ħdan l-enerġija u l-apparati elettroniċi kien suġġett jaħraq fil-qasam tal-elettronika tal-enerġija. Il-karatteristiċi dinamiċi tal-ftuħ u l-għeluq tad-dijodu tal-qawwa jistgħu jirriflettu l-istruttura fiżika interna, il-mekkaniżmu tax-xogħol u d-distribuzzjoni tat-trasportatur fiż-żona bażi. L-ewwelnett, fl-analiżi tal-istruttura interna u l-karatteristiċi dinamiċi tad-dijodu tal-qawwa tal-PIN ibbażat fuq il-parametri ewlenin biex jiddeterminaw il-karatteristiċi dinamiċi tagħhom ġew determinati; imbagħad tuża l-metodu ta 'kombinazzjoni ta' simulazzjoni dinamika u algoritmu ta 'ottimizzazzjoni biex jottimizza l-identifikazzjoni tal-parametri ewlenin tad-dijodu tal-qawwa; l-effettività tal-metodu propost għall-identifikazzjoni tal-parametri tad-dijodu tal-qawwa hija vverifikata.


1 Struttura bażika u karatteristiċi dinamiċi tad-dijodu tal-qawwa tal-PIN

Il-Figura 1 turi d-dijagramma tal-prinċipju tal-istruttura interna tad-dijodu tal-qawwa tat-tip PIN u d-distribuzzjoni tal-konċentrazzjoni tat-trasportatur. Id-dijodu PIN jikkonsisti l-aktar fir-reġjun P u fiż-żona N u l-konċentrazzjoni baxxa ta 'doping tar-reġjun I (N-reġjun). Minħabba ż-żieda tar-reġjun I, id-dijodi tal-PIN jistgħu jifilħu vultaġġ ogħla li jimblokka. Ir-reżistenza tal-konduzzjoni tad-dijodi tista 'titnaqqas ħafna bil-modulazzjoni ta' konduttiv meta tiġi injettata f'żona bażi kbira. Il-karatteristiċi dinamiċi tad-dijodi tal-qawwa, inklużi l-karatteristiċi ta 'tidwir u tat-tluq, huma ddeterminati mid-distribuzzjoni tat-trasportatur u l-proċess ta' bidla fiż-żona I, li tidher fil-karatteristiċi ta 'rkupru' l quddiem u lura tad-dijodi tal-qawwa.

1.png


1.1 Karatteristiċi tal-ftuħ

Il-gwida b'perjodu ta 'konduzzjoni tranżitorja tad-dijodu se tkun akkumpanjata minn qabża ta' vultaġġ ta 'vultaġġ ta' anodu, wara perjodu ta 'żmien biex tistabbilizza, u għandha tnaqqis żgħir fil-vultaġġ (ara Figura 2). Il-proċess ta 'rkupru' l quddiem tad-dijodu huwa prinċipalment influwenzat mit-tul taċ-ċomb, il-pakkett tat-tagħmir u l-effett tal-modulazzjoni ta 'konduttanza fir-reġjun N intern.

2.png


Taħt kondizzjonijiet ta 'injezzjoni kbar, il-konċentrazzjoni tat-trasportatur eċċessiv tiddetermina l-modulazzjoni ta' konduttanza fir-reġjun tat-tifrix. Il-konċentrazzjoni tal-ġarr żejjed fir-reġjun tat-tifrix tal-injezzjoni hija determinata mill-ekwazzjoni tal-kontinwità.


3.png


式 中 n - Konċentrazzjoni ta 'ġarr ta' eċċess;

J n --Densità elettrika tal-kurrent;

q - Ammont ta 'ħlas għal kull unità;

τ - Ħajja ta 'trasport eċċessiv.


Il-vultaġġ 'il quddiem tal-vultaġġ iseħħ biss meta l-kurrent jinbidel malajr ħafna, u t-tul huwa inqas mill-ħajja kompost. Il-kurrent huwa ddeterminat prinċipalment mill-proċess ta 'tixrid, u l-proċess kompost jista' jiġi injorat, għalhekk id-densità tal-kurrent ta 'l-elettroni hija

4.png

Konċentrazzjoni ta 'trasportatur eċċessiv

5.png


Fil-formula, D n huwa l-koeffiċjent tad-diffużjoni ta 'l-elettroni.

Fil-proċess transitorju ta 'rkupru bil-quddiem, id-densità tal-kurrent tiżdied bir-rata ta' a, u l-konċentrazzjoni ta 'ġarr żejjed fir-reġjun tat-tifrix tinkiseb.

6.png



Il-konċentrazzjoni totali ta 'l-elettroni fir-reġjun tat-tifrix hija

7.png

F'distanza ta 'X mill-junction PN, titqies taqsima żgħira tal-ħxuna ta' DX, u r-reżistenza tar-reġjun tat-tifrix hija l-istess.

8.png


Tista 'tinkiseb il-vultaġġ pożittiv ta' rkupru.

9.png

Tip T M - Differenti ta 'diffużjoni li tgħaddi;

V T - Temperatura u vultaġġ ekwivalenti, V T = k T / q;

fost il-kostanti tal-Boltzmann, k = 1.38 × 10 -23 J / K;

T - Temperatura termodinamika.


1.2 Itfi karatteristika

Meta d-dijodu fl-istat ta 'konduzzjoni japplika f'daqqa vultaġġ imreġġa' lura, il-kapaċità ta 'imblukkar invers tad-dijodu se tieħu perjodu ta' żmien biex tirkupra, li huwa l-proċess ta 'rkupru invers. Id-dijodu huwa ekwivalenti għal stat ta 'ċirkwit qasir qabel ma l-abbiltà tal-imblukkar tiġi rrestawrata. Kif muri f'Figura 3, minn t = t f , il-kurrent ta 'quddiem I F tad-dijodu jitnaqqas bir-rata ta' d jekk / d t taħt l-effett tal-vultaġġ irriversjat applikat. Ir-rata tal-bidla ta 'I F hija mill-vultaġġ imbiegħed estern E U l-inductance L fil-linja hija ddeterminata,

10.png

Meta t = t 0 , il-kurrent fid-dijodu huwa ugwali għal żero. Qabel dan, id-dijodu qiegħed fuq ix-xaqliba 'l quddiem, u l-kurrent huwa kurrent pożittiv. Wara t-t0 ħin, il-waqgħa fil-vultaġġ 'il quddiem hija kemmxejn imnaqqsa, iżda għadha preġudizzju pożittiv, u l-kurrent jibda jreġġa' lura ċ-ċirkolazzjoni u jifforma l-irkupru invers I RR attwali. F't = t 1 ħin, it-charge Q 1 fir-reġjun tat-tifrix jiġi ppumpjat 'il bogħod, il-kurrent inversa jilħaq il-valur massimu ta' l-IRM, u d-dijodu jibda jirkupra l-abbiltà tal-imblukkar. Wara l-ħin T1, għad-dijodu PIN, il-konċentrazzjoni tat-trasportatur fil-PN-junction fil-fażi ta 'rkupru hija ogħla minn dik fir-reġjuni l-oħra. Ladarba s-saff tal-ispazju jitwaħħal, jinfirex malajr fir-reġjun N, imsaħħaħ malajr it-trasportatur residwu, li jikkawża tnaqqis f'daqqa fil-kurrent invers. Minħabba li d irr / d t tal-veloċità dixxendenti attwali hija ikbar, il-vultaġġ tal-inductor tal-linja jiġġenera vultaġġ ta 'induzzjoni ogħla. Din il-vultaġġ induttiv hija superimpost bil-vultaġġ imreġġa 'lura lejn id-dijodu, sabiex id-dijodu jiflaħ vultaġġ għoli VRM b'lura.


Wara t = t2, d irr / dt jonqos gradwalment għal żero, il-vultaġġ ta 'inductance jinżel għal żero, id-dijodu jerġa' jġib lura l-blokka ta 'wara u jidħol fil-fażi tal-vultaġġ statiku reverse. Il-fattur ewlieni li jaffettwa l-proċess ta 'rkupru invers huwa l-ħlas lura ta' rkupru, jiġifieri, l-ammont totali ta 'ħlas Qrr jitneħħa waqt il-proċess ta' rkupru invers.

11.png

Jekk wieħed jassumi li l-konċentrazzjoni ta 'trasportatur ħieles fir-reġjun tat-tifrix jista' jiġi linearizzat, jista 'jiġi stabbilit proċess ta' rkupru invers meta d-dijodu tal-qawwa jintefa b'rata kostanti ta 'bidla kurrenti, kif muri fil-Figura 4.

12.png

Id-distribuzzjoni tal-konċentrazzjoni ta 'trasportatur katenarju bbażata fuq l-istat kurrenti tista' tiġi sostitwita bi ftit mill-varjazzjoni lineari bejn il-valur medju tal-parti tan-nofs tar-reġjun tat-tifrix u l-konċentrazzjoni ta 'x = 0 n (-d) = b. Il-konċentrazzjoni ta 'dawn it-trasportaturi hija

13.png

Konċentrazzjoni medja tat-trasportatur fir-reġjun tat-tifrix

14.png

Tip τ HL - Ħajja ta 'trasportatur b'kontenut kbir ta' injezzjoni;

J T - Id-densità tal-kurrent totali tal-anodu tad-dijodu;

J F --Densità tal-kurrent tal-kurrent tad-dijodu;

L a - Tul ta 'diffużjoni bipolari.


Fl-ewwel stadju tal-proċess tat-tluq, id-densità tal-kurrent tar-rettifikatur tal-PIN tinbidel mid-densità tal-kurrent ta 'l-istat tal-pass (J F ) għal żero fil-ħin t. Fl-aħħar ta 'l-ewwel stadju, id-distribuzzjoni tat-trasportatur issir ċatta għax il-kurrent huwa żero fl-aħħar tal-ħin t. Il-bidla fit-tariffa maħżuna f'dan ir-reġjun tat-tifrix tal-fażi hija

15.png


Tip a - Rata ta 'bidla tad-densità tal-kurrent.

Il-mument tal-bidla attwali għal żero hija espressa bħala

16.png

It-tieni stadju tal-proċess tat-tluq huwa l-ħin T 1 mill-mument t 0 tal-kurrent għal żero għall-junction P + N biex jibda jiflaħ il-vultaġġ. Ħin T1 jista 'jinkiseb billi tiġi analizzata l-imposta estratta minn t = t 0 t o t = t 1 waqt l-għeluq tal-proċess temporanju. Il-ħlasijiet estratti matul dan il-perjodu huma

17.png

Ħin T 1 huwa

18.png

Meta t-tielet fażi tal-proċess temporanju tintefa, il-vultaġġ taħt id-dijodu tal-PIN jibda jiżdied. Inizjalment, iż-żona tat-charge tal-ispazju WSC (T) tespandi 'l barra hekk kif is-ħin imur. F'dan il-proċess, it-charge maħżun fir-reġjun tat-tifrix jiġi estratt ulterjorment, li jirriżulta fit-tnaqqis tal-kurrent b'lura wara T 1 . Huwa preżunt li l-kurrent huwa bejn wieħed u ieħor kostanti meta l-ispiża tal-ħażna hija estiża, u meta l-junction P + N jiġi mreġġa 'lura fil-mument T 1 , it-tariffa tal-ħażna estratta waqt il-momentum hija l-istess.

19.png

Vultaġġ taż-żona tal-ispazju spazjali

20.png

Iż-żona tal-ispazju tista 'tiġi espressa bħala

21.png

Il-vultaġġ ta 'rkupru invers huwa l-quċċata fl-aħħar ta' t = t2 fit-tielet stadju.