SPICE-Modelle

SPICE-Modelle für Dioden

Der einfachste Ansatz für ein SPICE-Modell ist der gleiche wie für ein Datenblatt:Konsultieren Sie die Website des Herstellers. Die folgende Tabelle listet die Modellparameter für einige ausgewählte Dioden auf. Eine Fallback-Strategie besteht darin, ein SPICE-Modell aus den im Datenblatt aufgeführten Parametern zu erstellen. Eine dritte Strategie, die hier nicht berücksichtigt wird, besteht darin, Messungen an einem tatsächlichen Gerät vorzunehmen. Berechnen, vergleichen und passen Sie dann die SPICE-Parameter an die Messungen an.

Diode SPICE-Parameter

Wenn die Diodenparameter nicht wie im Modell „Beispiel“ oben angegeben sind, nehmen die Parameter die Standardwerte an, die in der Tabelle oben und der Tabelle unten aufgeführt sind. Diese Standardwerte modellieren integrierte Schaltungsdioden. Diese sind für Vorarbeiten mit diskreten Geräten sicherlich ausreichend Für kritische Arbeiten verwenden Sie SPICE-Modelle des Herstellers [DIn], von SPICE-Anbietern und anderen Quellen. [smi]

SPICE-Parameter für ausgewählte Dioden; sk=schottky Ge=Germanium; sonst Silizium.

Anderenfalls leiten Sie einige Parameter aus dem Datenblatt ab.

Ableitung der SPICE-Modelle aus Lastenheften

Wählen Sie zunächst einen Wert für den Gewürzparameter N zwischen 1 und 2. Er wird für die Diodengleichung (n) benötigt. Massobrio [PAGM] S. 9, empfiehlt „.. n, der Emissionskoeffizient beträgt normalerweise etwa 2.“. In der obigen Tabelle sehen wir, dass die Leistungsgleichrichter 1N3891 (12 A) und 10A04 (10 A) beide etwa 2 verbrauchen. Die ersten vier in der Tabelle sind nicht relevant, da sie Schottky-, Schottky-, Germanium- bzw. Silizium-Kleinsignal sind . Der Sättigungsstrom IS wird aus der Diodengleichung abgeleitet, ein Wert von (V_D , I_D ) im Diagramm in Abbildung oben und N=2 (n in der Diodengleichung).

 ID =IS (e
VD /nVT 
 -1) VT =26 mV bei 25
o
 C n =2,0 VD =0,925 V bei 1 A aus Diagramm 1 A =IS (e
(0,925 V)/(2)(26 mV)
 -1) IchS =18,8E-9 

Die Zahlenwerte von IS=18.8n und N=2 sind in der letzten Zeile der obigen Tabelle zum Vergleich mit dem Herstellermodell für 1N4004 eingetragen, das sich erheblich unterscheidet. RS ist vorerst auf 0 voreingestellt. Es wird später geschätzt. Die wichtigen statischen DC-Parameter sind N, IS und RS. Rashid [MHR] schlägt vor, dass TT, τ_D , die Laufzeit, aus der gespeicherten Reverse-Recovery-Ladung Q_RR . angenähert werden , ein Datenblattparameter (in unserem Datenblatt nicht verfügbar) und I_F , Vorwärtsstrom.

 ID =IS (e
VD /nVT 
 -1) D =QRR /IF 

Wir nehmen den Standardwert TT=0 wegen des Fehlens von Q_RR . Obwohl es vernünftig wäre, TT für einen ähnlichen Gleichrichter wie den 10A04 bei 4.32u zu verwenden. Der 1N3891 TT ist keine gültige Wahl, da er ein Gleichrichter mit schneller Wiederherstellung ist. CJO, die Kapazität des Nullvorspannungsübergangs wird aus V_R . geschätzt gegen C_J Diagramm in Abbildung oben. Die Kapazität bei der Spannung am nächsten an Null in der Grafik beträgt 30 pF bei 1 V. Bei der Simulation eines schnellen Einschwingverhaltens, wie bei Schaltreglernetzteilen, müssen TT- und CJO-Parameter bereitgestellt werden.

Der Abstufungskoeffizient M des Übergangs hängt mit dem Dotierungsprofil des Übergangs zusammen. Dies ist kein Datenblattelement. Der Standardwert ist 0,5 für eine abrupte Kreuzung. Wir entscheiden uns für M=0.333, was einem linear abgestuften Übergang entspricht. Die Netzgleichrichter in der obigen Tabelle verwenden niedrigere Werte für M als 0,5.

Wir nehmen die Standardwerte für VJ und EG. Viel mehr Dioden verwenden VJ =0,6 als in der obigen Tabelle gezeigt. Der Gleichrichter 10A04 verwendet jedoch die Standardeinstellung, die wir für unser 1N4004-Modell verwenden (Da1N4001 in der obigen Tabelle). Verwenden Sie den Standardwert EG=1.11 für Siliziumdioden und Gleichrichter. Die obige Tabelle listet die Werte für Schottky- und Germaniumdioden auf. Nehmen Sie XTI=3, den standardmäßigen IS-Temperaturkoeffizienten für Siliziumgeräte. Siehe Tabelle oben für XTI für Schottky-Dioden.

Das verkürzte Datenblatt, Abbildung oben, listet I_R . auf =5 µA @ V_R =400 V, entsprechend IBV=5u bzw. BV=400. Die aus dem Datenblatt abgeleiteten 1n4004 SPICE-Parameter sind in der letzten Zeile der obigen Tabelle zum Vergleich mit dem darüber aufgeführten Herstellermodell aufgeführt. BV ist nur erforderlich, wenn die Simulation die Sperrspannung der Diode überschreitet, wie dies bei Zenerdioden der Fall ist. IBV, Rückwärtsdurchbruchstrom, wird häufig weggelassen, kann aber mit BV eingegeben werden.

Vergleich von Diodenmodellen aus verschiedenen Quellen

Die folgende Abbildung zeigt eine Schaltung zum Vergleich des Herstellermodells, des aus dem Datenblatt abgeleiteten Modells und des Standardmodells mit Standardparametern. Für die Diodenstrommessung sind die drei Dummy-0-V-Quellen erforderlich. Die 1-V-Quelle wird in 0,2-mV-Schritten von 0 auf 1,4 V gesweept. Siehe .DC-Anweisung in der Netzliste in Tabelle unten. DI1N4004 ist das Diodenmodell des Herstellers, Da1N4004 ist unser abgeleitetes Diodenmodell.

SPICE-Schaltung zum Vergleich von Herstellermodell (D1), berechnetem Datenblattmodell (D2) und Standard Modell (D3).

SPICE-Netzlistenparameter:(D1) DI1N4004 Herstellermodell, (D2) Da1N40004 Datenblatt abgeleitet, (D3) Standard-Diodenmodell.

*SPICE-Schaltung <03468.eps> von XCircuit v3.20 D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 1 4 Standard V3 4 0 0 V4 1 0 1 .DC V4 0 1400mV 0,2m .Modell Da1N4004 D (IS=18.8n RS=0 BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0,333 N=2,0 TT=0) .MODELL DI1N4004 D (IS=76,9n RS=42,0m BV=400 IBV=5,00u CJO=39,8p +M=0,333 N=1,45 TT=4,32u) .MODELL Standard D .Ende 

Wir vergleichen die drei Modelle in der Abbildung unten. und zu den Datenblatt-Diagrammdaten in der Tabelle unten. VD ist die Diodenspannung gegenüber den Diodenströmen für das Herstellermodell, unser berechnetes Datenblattmodell und das Standarddiodenmodell. Die letzte Spalte „1N4004-Diagramm“ stammt aus der Datenblatt-Spannungs-Strom-Kurve in der Abbildung oben, die wir versuchen abzugleichen. Der Vergleich der Ströme für die drei Modelle mit der letzten Spalte zeigt, dass das Standardmodell bei niedrigen Strömen gut ist, das Herstellermodell bei hohen Strömen gut ist und unser berechnetes Datenblattmodell bis 1 A am besten ist. Die Übereinstimmung ist fast perfekt bei 1 A, da die IS-Berechnung auf einer Diodenspannung von 1 A basiert. Unser Modell gibt einen Strom über 1 A grob an.

Erster Test des Herstellermodells, des berechneten Datenblattmodells und des Standardmodells.

Vergleich des Herstellermodells, des berechneten Datenblattmodells und des Standardmodells mit dem 1N4004-Datenblattdiagramm von V vs. I.

Modell Modell Modell 1N4004 Index VD-Herstellerdatenblatt Standarddiagramm 3500 7.000000e-01 1.612924e+00 1.416211e-02 5.674683e-03 0,01 4001 8.002000e-01 3.346832e+00 9.825960e-02 2.731709e-01 0.13 4500 9.000000e-01 5.310740e+00 6.764928e-01 1.294824e+01 0.7 4625 9.250000e-01 5.823654e+00 1.096870e+00 3.404037e+01 1.0 5000 1.000000e-00 7.395953e+00 4.675526e+00 6.185078e+02 2,0 5500 1.100.000e+00 9.548779e+00 3.231452e+01 2.954471e+04 3.3 6000 1.200000e+00 1.174489e+01 2.233392e+02 1.411283e+06 5,3 6500 1.300.000e+00 1.397087e+01 1.543591e+03 6.741379e+07 8.0 7000 1.400000e+00 1.621861e+01 1.066840e+04 3.220203e+09 12.

Die Lösung besteht darin, RS vom Standardwert RS =0 zu erhöhen. Das Ändern von RS von 0 auf 8 m im Datenblattmodell führt dazu, dass die Kurve 10 A (nicht gezeigt) bei der gleichen Spannung wie das Modell des Herstellers schneidet. Eine Erhöhung von RS auf 28,6 m verschiebt die Kurve weiter nach rechts, wie in der Abbildung unten gezeigt. Dies hat den Effekt, dass unser Datenblattmodell genauer mit dem Datenblattdiagramm übereinstimmt (Abbildung oben). Die folgende Tabelle zeigt, dass der Strom 1,224470e+01 A bei 1,4 V mit dem Diagramm bei 12 A übereinstimmt. Der Strom bei 0,925 V hat sich jedoch von 1,096870e+00 oben auf 7,318536e-01 verschlechtert.

Zweiter Versuch zur Verbesserung des berechneten Datenblattmodells im Vergleich zum Herstellermodell und Standardmodell.

Das Ändern der Da1N4004-Modellangabe RS=0 in RS=28,6m verringert den Strom bei VD=1,4 ​​V auf 12,2 A.

.Modell Da1N4004 D (IS=18.8n RS=28,6m BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0,333 N=2,0 TT=0) Modell Modell 1N4001 Index VD-Herstellerdatenblattdiagramm 3505 7.010000e-01 1.628276e+00 1.432463e-02 0.01 4000 8.000000e-01 3.343072e+00 9.297594e-02 0.13 4500 9.000000e-01 5.310740e+00 5.102139e-01 0,7 4625 9.250000e-01 5.823654e+00 7.318536e-01 1.0 5000 1.000000e-00 7.395953e+00 1.763520e+00 2.0 5500 1,100000e+00 9,548779e+00 3,848553e+00 3,3 6000 1.200000e+00 1.174489e+01 6.419621e+00 5.3 6500 1.300.000e+00 1.397087e+01 9.254581e+00 8.0 7000 1.400.000e+00 1.621861e+01 1.224470e+01 12. 

Empfohlene Leserübung:Verringern Sie N, so dass der Strom bei VD =0,925 V wieder auf 1 A zurückgeht. Dies kann den Strom (12,2 A) bei VD =1,4 V erhöhen, was eine Erhöhung von RS erfordert, um den Strom auf 12 A zu senken.

Zenerdiode: Es gibt zwei Ansätze zum Modellieren einer Zenerdiode:Setzen Sie den BV-Parameter in der Modellanweisung auf die Zenerspannung oder modellieren Sie den Zener mit einer Teilschaltung, die eine auf die Zenerspannung eingestellte Diodenklemme enthält. Ein Beispiel für den ersten Ansatz setzt die Durchbruchspannung BV auf 15 für das 1n4469 15-V-Zenerdiodenmodell (IBV optional):

 .Modell D1N4469 D ( BV=15 IBV=17m ) 

Der zweite Ansatz modelliert den Zener mit einer Teilschaltung. Klemme D1 und VZ in der Abbildung unten modellieren die 15-V-Durchbruchspannung in Sperrrichtung einer 1N4477A-Zenerdiode. Die Diode DR berücksichtigt die Vorwärtsleitung des Zeners in der Teilschaltung.

.SUBCKT DI-1N4744A 1 2 * Klemmen A K D1 1 2 DF DZ 3 1 DR VZ 2 3 13,7 .MODELL DF D ( IS=27.5p RS=0.620 N=1.10 + CJO=78,3p VJ=1,00 M=0,330 TT=50,1n ) .MODELL DR D ( IS=5.49f RS=0.804 N=1.77 ) .ENDE 

Zener-Dioden-Teilschaltung verwendet Clamper (D1 und VZ), um Zener zu modellieren.

Tunneldiode: Eine Tunneldiode kann durch ein Paar Feldeffekttransistoren (JFET) in einer SPICE-Unterschaltung modelliert werden. [KHM] In dieser Referenz wird auch eine Oszillatorschaltung gezeigt.

Gunn-Diode: Eine Gunn-Diode kann auch durch ein Paar JFETs modelliert werden. [ISG] Diese Referenz zeigt einen Mikrowellen-Relaxationsoszillator.

RÜCKBLICK:

• Dioden werden in SPICE durch eine Diodenkomponentenanweisung beschrieben, die sich auf die .model-Anweisung bezieht. Die .model-Anweisung enthält Parameter, die die Diode beschreiben. Wenn keine Parameter angegeben werden, übernimmt das Modell Standardwerte.
• Statische DC-Parameter umfassen N, IS und RS. Umgekehrte Aufschlüsselungsparameter:BV, IBV.
• Genaues dynamisches Timing erfordert TT- und CJO-Parameter
• Modelle des Herstellers werden dringend empfohlen.

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