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快速功率二极管正反向恢复特性仿真研究

归档日期:04-30       文本归类:反向恢复      文章编辑:爱尚语录

  的瞬态过渡过程和特性对于高频整流和主开关器件的正常工作具有至关重要的影响.在IGBT开通瞬间,处于续流状态,会引起变压器次级短路,对 IGBT形成电流冲击,不利于IGBT的可靠运行.

  存在显著的电导调制和电荷存储效应,其开、关状态的改变需要一定的时间[1].在正向恢复过程中,开通初期出现高出正常通态压降2~10倍的电压尖峰;而在反向恢复过程中,关断初期不能承受反向电压而产生较高的反向电流.为准确表征弧焊逆变器的动态过程,功率二极管的仿真模型必须能正确反映正向和反向的恢复特性.

  SPICE标准二极管模型完全忽视了正向恢复效应,对二极管反向恢复现象的模拟也会产生错误的振荡[1].国际上许多文献对功率二极管的实用仿真模型进行了大量研究”[1~4],其中基于集中电荷的概念,根据功率二极管内部载流子的简化输运方程,成功地给出了可以同时正确描述二极管正、反向恢复瞬态过程的仿真模型.国内针对SPICE标准二极管模型的不足而展开深入讨论的文献不多[5].以下将以 C L Ma和P O Lauritizen的系列研究为基础,对功率二极管的电路仿真模型进行深入探讨.

  功率二极管的数学物理方程由反向恢复、正向恢复、发射区复合方程以及包括接触电阻和结电容的总变量方程等4部分组成.

  由式(1),式(2)和式(3)组成的方程组就是完整描述功率二极管反向恢复过程的数学物理模型.

  在二极管正向过渡期间,由于i区的初始导电性低,在二极管两端建立起较高的电压.随着注入载流子浓度的增加,i区上的电压很快降低到二极管正常稳态正向电压.按照载流子漂移导电方程,

  式(4)是功率二极管的正向恢复方程,说明i区上的电压直接取决于该区的总电流iVD和电荷q2.

  当功率二极管的导通电流很高时,由于载流子注入到重搀杂的p+和n+发射区.此时,发射区的载流子复合电流iE不可忽略.根据发射区的注入电子浓度变化方程,可得:

  通常,ISE比ISO小几个数量级,也就是说,iE仅在非常大的电流下才成为总电流的主要部分.

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