Динамо-машины  Моделирование транзисторов 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

моделирование транзисторов

Симулятор аналоговых схем SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) был разработан в начале 70-х годов в Калифорнийском университете. Программа стала мировым стандартом в области моделирования аналоговых электронных устройств. Принятые в ней принципы описания математических моделей используется многими аналогичными программами (например Micro-Cap V), а формат входного языка SPICE поддерживается большинством пакетов САПР (OrCad, PCAD, ACCEL EDA, TangoPRO и др.).

Первая коммерческая версия программы PSpiceдля IBM, в которую был внесен ряд улучшений и дополнений, была создана в1984г. корпорацией MicroSim и с тех пор это наиболее популярная программа для анализа аналоговых и цифро-аналоговых устройств.

Одним из важнейших применений данной программы является анализ мощных импульсных схем, которые приобретают все большее распространение с появлением силовых MOSFET и IGBT транзисторов. Импульсные источники питания, силовые инверторы и конверторы, силовые привода -это устройства, для обеспечения надежности которых необходим тщательный анализ режимов работы. Такой анализ возможен только с ПОМОЩЬЮ компьютерного моделирования, точность расчета которого определяется достоверностью математических моделей входящих элементов.

MOSFET

Стандартные SPICE-модели MOSFET изначально были разработаны для полевых транзисторов малой мощности. По ряду параметров они оказались непригодны для анализа мощных МОП ПТ с вертикальной структурой. Главным недостатком встроенных моделей является недостоверная аппроксимация зависимости паразитных емкостей (и заряда затвора) от напряжения сток-исток. Для того чтобы схемы, использующие мощные MOSFET транзисторы, можно было моделировать на PSpice, фирма International Rectifier предложила ряд модификаций, приближающих характеристики моделей к параметрам реальных транзисторов. Впервые усовершенствованную модель вертикального полевого транзистора предложил S. Malouyans\

Рис.1

Основными параметрами, определяющими поведение мощного MOSFET транзистора при переключении, является емкость сток-затвор (емкость Миллера) и характеристики внутреннего (body) диода, особенно время его обратного восстановления trr. При использовании транзисторов, внутренний диод которых имеет большое значение trr, в мостовых схемах, прг/ходится исключать его с помощью двух внешних быстрых диодов. MOSFET транзисторы третьего поколения фирмы International Rectifier имеют малое время обратного восстановления диода, что позволяет использовать эти транзисторы в полумостовых и мостовых схемах без подключения внешних быстрых диодов.

Cgd.pF

1?0е

1000 800 630

-10 -5 0 5 10 15 20 25 ЗЭ 35

Uds.U

UFII

Для расчета также важное значение имеют паразитные параметры корпуса, в частноаи индуктивность истока (Is на 0ИС.1), которая во многом определяет максимальную скорость переключения.

S. Malouyans в своей модели (рис.1) постарался учесть нелинейную зависимость емкости Миллера от напряжения сток-исток и паразитные индуктивности. Емкость сток-затвор в ней представлена в виде масштабного конденсатора Сх, последовательно соединенного с источником напряжения Е1, управляемым напряжением сток-исток и имеющем полиномиальную зависимость высокого порядка. Комбинация Сх и Е1 эмулирует поведение емкости Cgd в реальном приборе. Такая модель позволяет, производить расчеты с достаточно высокой степенью приближения, однако точность аппроксимации емкости оставляет желать лучшего. Крометого расчет коэффициентов полинома для каждого транзистора также представляет известные трудности. На рис.2 приведены для сравнения реальный (сплошной) и расчетный (пунктирный) графики зависимости емкости сток - затвор от напряжения для транзистора IRF730.

В1997 г. фирма International Rectifier приступила к выпуску полевых транзисторов 5 поколения, в которых за счет совершенствования технологии основные параметры 1,и trr в том числе) улучшены на 30-50%. Для учета этих особенностей и для повышения точности моделирования фирмой предложена новая модель, учитывающая все основные особенности транзисторов. Схема модели приведена на рис.3.