基于PIN二极管的IGBT的Pspice建模
发布时间：2021-06-09 01:20
随着现代智能时代的到来,半导体芯片技术的地位越来越重要,国家对半导体产业的支持力度也逐年上升。PIN二极管和IGBT作为半导体领域最普遍和最高端的两种功率器件,一直是研究的热点问题。对两者的仿真建模有利于促进器件在工程中的相关应用,方便科研人员利用器件模型进行电路级的仿真,因此具有很大的实际意义。本文首先介绍了 PIN二极管的结构和原理,阐述了载流子的扩散和漂移运动,推导出PIN二极管内载流子传输的双极性扩散方程。利用傅里叶变换得到双极性扩散方程在正向稳态情况下的近似解,然后基于4H-SiC材料的PIN二管提出了一种考虑温度影响的正向特性计算模型。然后利用有限元差分法的思想将双极性扩散方程转化矩阵代数方程,并将得到的矩阵方程移植到PSPICE软件中,通过电路仿真软件求解PIN二极管的物理方程,最后得到PIN二极管动态特性。通过与器件仿真的结果对比,很好的验证了模型的正确性。最后基于PIN的研究,将IGBT等效为MOSFET和PIN二极管两个部分,利用PSPICE建立了 IGBT的模型。该模型主要通过从已知的电学特性数据进行参数匹配,模型可以直接编写成库文件,方便用户的调用,具有很好的实...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
礴P川二极管的ATLAS仿真图
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＼ＩＮ??图２－６?Ｊｌ处的电子和空穴电流密度占比??图２－６表示了在２９８Ｋ和３９８Ｋ两个温度下ＪＩ结处的电子电流密度和空穴电??流密度占总电流密度的比例随电压的变化。对于．ＩＩ结，由于左边是ｐ型高掺杂??区，空穴是多子，右边基区是ｎ型的低掺杂区，开始电压较小时电流的产生主要??是空穴的扩散，低浓度的电子复合电流占比很小。随着电压升高，基区被注入，??基区的双极性载流子浓度都显著升高，导致空穴的漂移电流占比减小，电子复合??占比增大，电子电流的逐渐占主导地位。Ｍ时比较２９８Ｋ和３９８Ｋ两个温度下的??趋势，温度升高，曲线同样发生左移，但是温度对电子电流和空穴密度的组成占??比不会产生明显影响。??１?］?．／／??２５〇?－?？?＿?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?？?／?＊／??ｎ０＾６＇?２９８Ｋ?ｔ／???Ｄｙａｋｏｎｏｖａ?、?？??ｒ?…—一／／??－１５°；?／／??１〇０?－?／：／??５０?■
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压IGBT暂态机理模型分析[J]. 姬世奇,赵争鸣,袁立强,鲁挺. 清华大学学报(自然科学版). 2012(11)
[2]新颖的IGBT等效电路模型及参数提取和验证[J]. 袁寿财,朱长纯,刘君华. 电子器件. 2003(01)
[3]大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真[J]. 康劲松,陶生桂,王新祺. 同济大学学报(自然科学版). 2002(06)
[4]P-I-N型电力二极管反向恢复特性的仿真模型[J]. 裴云庆,王兆安,伊濑敏史. 西安交通大学学报. 1999(06)
[5]IGBT的PSpice仿真宏模型[J]. 郑春龙. 宁波大学学报(理工版). 1998(02)
[6]超快速IGBT电路仿真模型及其参数灵敏度分析[J]. 李爱民,何湘宁,钱照明. 电力电子技术. 1996(04)
[7]IGBT的静态特性解析模型[J]. 陈去非,陈启秀. 浙江大学学报(自然科学版). 1994(02)
硕士论文
[1]一种基于Pspice的IGBT模型的研究与应用[D]. 沈源.江南大学 2017
[2]基于PSpice的IGBT建模与损耗仿真分析[D]. 穆怀宇.哈尔滨理工大学 2013
[3]PIN二极管反向恢复机理的研究[D]. 董方媛.沈阳工业大学 2013
[4]PIN二极管动态特性的计算机仿真分析与研究[D]. 刘欣.沈阳工业大学 2012
[5]IGBT模型仿真研究[D]. 赵芬.合肥工业大学 2010
[6]高压IGBT的建模与仿真[D]. 胡泽先.哈尔滨工业大学 2009
[7]IGBT特性的分析仿真[D]. 王宏.沈阳工业大学 2009
本文编号：3219615
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
礴P川二极管的ATLAS仿真图
０?：?．?ｔ?２．?：３?ｉ?ｔ?？?７?５?ｉ?ＴＯ??ｌ＾ｃｒｏｃｔｓ??图２－４?ＰＩＮ二极管的ＡＴＬＡＳ仿真图??１２。〇「?????；／?（?ｆ?［?｜??■?．?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?２９８Ｋ??Ｈ－??漏：｜：：二＿｜篇－＋卜卜；??３９８Ｋ?：ｊ?Ｉ?４?Ｉ??＿?８００?－?４４８Ｋ——４－＾１?Ｉ?ｌ?ｉ??§?４９８Ｋ—－！?／?／?／?／??Ｉ?６００?＇?／?／?／?／?／??４。。－?’／／／／／??２００?＊?Ｊｙ／／Ｊ??ｑ?■?．．?＿■?－１，－－Ｖ?＊￣＊」？＊?？：，Ｔ．－ｒｌ?．—?？？?Ｉ?，?｜?，?｜??２．４?２．５?２．６?２．７?２．８?２．９?３．０?３．１??ＶＮ??图２－?５?４Ｈ－ＳｉＣ?ＰＩＮ二极管的温度特性??图２－５是４Ｈ－ＳｉＣ?ＰＩＮ二极管在２９８Ｋ－４９８Ｋ温度下的正向电学特性。随着温??度的升高，二极管的Ｊ－Ｖ曲线发生了左移，电流密度增大，Ｚ：极管的开启电压减??小。２９８Ｋ时开启电压大约是２．８Ｖ，４９８Ｋ吋幵启电压减小到２．５Ｖ左右。这是因??为ＳｉＣ材料带隙的温度系数是负数，温度升高导致内建电势降低。同吋由于冻析??效应
＼ＩＮ??图２－６?Ｊｌ处的电子和空穴电流密度占比??图２－６表示了在２９８Ｋ和３９８Ｋ两个温度下ＪＩ结处的电子电流密度和空穴电??流密度占总电流密度的比例随电压的变化。对于．ＩＩ结，由于左边是ｐ型高掺杂??区，空穴是多子，右边基区是ｎ型的低掺杂区，开始电压较小时电流的产生主要??是空穴的扩散，低浓度的电子复合电流占比很小。随着电压升高，基区被注入，??基区的双极性载流子浓度都显著升高，导致空穴的漂移电流占比减小，电子复合??占比增大，电子电流的逐渐占主导地位。Ｍ时比较２９８Ｋ和３９８Ｋ两个温度下的??趋势，温度升高，曲线同样发生左移，但是温度对电子电流和空穴密度的组成占??比不会产生明显影响。??１?］?．／／??２５〇?－?？?＿?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?？?／?＊／??ｎ０＾６＇?２９８Ｋ?ｔ／???Ｄｙａｋｏｎｏｖａ?、?？??ｒ?…—一／／??－１５°；?／／??１〇０?－?／：／??５０?■
【参考文献】：
期刊论文
[1]高压IGBT暂态机理模型分析[J]. 姬世奇,赵争鸣,袁立强,鲁挺. 清华大学学报(自然科学版). 2012(11)
[2]新颖的IGBT等效电路模型及参数提取和验证[J]. 袁寿财,朱长纯,刘君华. 电子器件. 2003(01)
[3]大功率IGBT直流特性和动态特性的PSPICE仿真[J]. 康劲松,陶生桂,王新祺. 同济大学学报(自然科学版). 2002(06)
[4]P-I-N型电力二极管反向恢复特性的仿真模型[J]. 裴云庆,王兆安,伊濑敏史. 西安交通大学学报. 1999(06)
[5]IGBT的PSpice仿真宏模型[J]. 郑春龙. 宁波大学学报(理工版). 1998(02)
[6]超快速IGBT电路仿真模型及其参数灵敏度分析[J]. 李爱民,何湘宁,钱照明. 电力电子技术. 1996(04)
[7]IGBT的静态特性解析模型[J]. 陈去非,陈启秀. 浙江大学学报(自然科学版). 1994(02)
硕士论文
[1]一种基于Pspice的IGBT模型的研究与应用[D]. 沈源.江南大学 2017
[2]基于PSpice的IGBT建模与损耗仿真分析[D]. 穆怀宇.哈尔滨理工大学 2013
[3]PIN二极管反向恢复机理的研究[D]. 董方媛.沈阳工业大学 2013
[4]PIN二极管动态特性的计算机仿真分析与研究[D]. 刘欣.沈阳工业大学 2012
[5]IGBT模型仿真研究[D]. 赵芬.合肥工业大学 2010
[6]高压IGBT的建模与仿真[D]. 胡泽先.哈尔滨工业大学 2009
[7]IGBT特性的分析仿真[D]. 王宏.沈阳工业大学 2009
本文编号：3219615
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