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基于Saber中的Diode Tool工具的二极管建模与仿真

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超级蒜苗
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助理工程师
  • 2019-5-26 23:58:04

本贴主题:

   1)描述正向I-V曲线参数;

   2)描述结电容参数;

   3)描述反向恢复时间。



1.1 二极管主要特性参数

  (1)反向恢复特性

  在开关电源中二极管需要工作于较高频率,其频率特性尤为重要,本小节主要介绍影响其频率特性的反向恢复特性。

  当二极管的外加电压Vapply如图1.1所示,由正向变为反向,二极管电流并没有马上变为-IR,在Vapply变为反向的ts时间内,反向电流保持在最大值IRM,此时二极管并没有关断,在

经过ts之后,反向电流才开始逐渐变小,反向电流由IRM下降为0.1IRM的时间称为下降时间tr,经历了ts+tf时间后二极管才真正关断,所以trr=ts+tf称为反向恢复时间,其中,ts称为电荷存储时间。

图1.1 反向恢复特性示意图

图1.1 反向恢复特性示意图


二极管的反向恢复过程是由扩散电容和势垒电容放电引起的,trr实际上是耗尽存储电荷的时间。反向恢复时间限制了二极管的频率特性,当给二极管施加快速连续脉冲信号时,若反向信号的持续时间小于trr,则二极管失去了开关性能,无论外加信号为正向抑制还是反向,都有电流导通。一般,快速恢复二极管为几十ns,肖特基二极管小于10ns。

   (2)漏电流(Leak Current)

   二极管在反向截止的时候,并不是完全理想的截止。在承受反压得时候,会有些微小的电流从阴极漏到阳极。这个电流通常很小,而且反压越高,漏电流越大,温度越高,漏电流越大。大的漏电流会带来较大的损耗,特别在高压应用场合。

[size=1em]   在电路中二极管漏电流影响,如下图1.2所示,USB5V是插USB时候供电的,不插USB时,由外部12V供电,工作工程如下,插入USB后,3904三极管导通,给CPU一个低电平中断,让CPU做出相应的动作,后来在不插入USB时,发现一接上到3V的电压,CPU就能检测到USB的低电平中断,从而产生误动作,之前R13贴的是47K,后来发现了这个现象,确定是二极管反向漏电流通过R13这个47K电阻,产生的电压,导致三极管导通,后来测量,三极管基极确实有0.68V的电压,找到问题后,去掉二极管D11,在测试,没有这个现象,为了解决这个问题,把R13换成4.7K的电阻,同样也可以解决这个问题,后来查看了1N4148的参数特性,IR为2.5uA,特性曲线图如图1.3所示


图1.2 在电路中二极管漏电流影响

图1.2 在电路中二极管漏电流影响


1.2 模型描述

  在Saber中Diode Tool采用的二极管模型如图1.2所示。其中,Rs为串联寄生电阻,Cj为反

偏结电容,Qrr正偏扩散电容。

图1.4 Diode等效电路模型

图1.4 Diode等效电路模型

Diode Tool的建模方法:

(1)特点与适用性

  1)考虑非理想特性,包括击穿特性、噪声、温度效应等;

  2)建立直观、简单,将DataSheet中的I-V曲线、Ct-Vr曲线数据导入到软件中,利用软件自动拟合参数,还能再曲线上直接手动调节曲线大体变化趋势,生成二极管模型。

(2)输入参数

  1)I-V曲线,正向电流与正向电压的关系;

  2)Ct-Vr曲线,结电容与反向电压的关系;

  3)I-t曲线,正向电流与时间的关系,反应二极管的反向恢复时间。




admin
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管理员
  • 2019-5-29 15:11:39
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大家可以帮指导下谢谢

超级蒜苗
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助理工程师
  • 2019-6-9 16:22:35
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1.3 二极管建模实例

  在本文中选择1N7043作为Diode建模的参数模板。

  根据1N7043数据手册,二极管的主要参数(Tj=25℃)如下表1.5所示。



(1)导入I-V特性曲线

   1)单击“Scaning Data Utility”,进入数据临摹界面;

表1.6 1N7043主要极限参数.png
1559457072138_4.png
图1.7 I-V曲线设置界面.png
超级蒜苗
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助理工程师
  • 2019-6-9 16:34:59
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2)点击中的“Edit Axis”设计坐标轴参数范围,其中Y轴数据采用“log”分布;




3)将临摹界面移动到二极管的DadaSheet中的Id-Vd曲线图上,调节“Transparency”的滑动按钮,调节临摹界面的透明度,以便临摹DadaSheet中的Id-Vd曲线图;


4)点击“Create New Curve”进行描点,注意曲线的起始和终止方向要符合实际的产生过程;

  5)临摹完数据后,在“temp”栏上填上对应的温度值,这里为25℃,点击“OK”,回到“I-V”界面,手动设置表左侧的参数,使得测量得曲线与调整得到得曲线能尽可能的重合(PS:本人半导体物理没学好,表中参数多次调节得出的,表示很累,尴尬,还请谅解)。
XBK9{_}5IANOHJUCLSZ~)WN.png
J[PNT~C5A(IT@@2V2O{BW2R.png
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图1.9 临摹示意图.png
RJ6D[5P6}JR37E{6}~S~)(0.png
超级蒜苗
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助理工程师
  • 2019-6-9 16:38:21
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(2)导入结电容特性曲线

  操作步骤同上,先临摹数据,再手动调参数。



图 1.11 结电容特性曲线.png
超级蒜苗
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助理工程师
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  • 2019-6-9 16:40:02
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(3)导入反向恢复特性曲线

              二极管的反向恢复时间约为29ns,IRRM=3.5A(25℃)。(PS:由于1N7043的手册上的数据不全,该部分操作以IR公司型号为15ETH06FP二极管位基准。)



图1.13 反向恢复特性曲线局部图.png
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