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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA
TESI DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA ELETTRONICA
MODELLIZZAZIONE ELETTRICA E TERMICA DEI MOSFET DI POTENZA
GIANLUCA FRONTE
Relatore: Prof. Stefano Bifaretti
Correlatore: Prof. Armando Bellini
Anno accademico 2012 - 2013
Indice degli Argomenti
Modelli impiegati nella simulazione dei MOSFET
Modelli Fisici e Modelli Fisici Empirici
Modelli nei Software di Simulazione
Modello Termico dei MOSFET
Applicazione del Modello Termico ai Convertitori Elettronici di Potenza
Modelli impiegati per la simulazione dei MOSFET
Modelli fisici
Ricavati dallo studio dei fenomeni fisici, alla base del comportamento del dispositivo.
Il modello Boltzmann.
Il modello Schrödinger-Poisson.
Modelli fisici empirici
Modellizzato attraverso un equivalenza circuitale.
Metodi per la simulazione numerica. Metodo delle differenze
finite (FDM). Metodo degli elementi al
contorno (BEM). Metodo degli elementi finiti
(FEM).
Programmi di simulazione a livello circuitale.
PSIM
Il Modello a Commutazione: opera o nella regione di cut-off (stato di off) o in regione di saturazione (stato di on).
Il Modello Lineare: può operare in cut-off, in zona lineare ed in regione di saturazione.
Il Modello Termico: tiene conto delle caratteristiche statiche del dispositivo (come la caduta di tensione in conduzione, lo stato della resistenza, ecc.) e le caratteristiche dinamiche (quali transitori di spegnimento ed accensione).
Modelli in PSIM
Modello Termico
Modello Termico
Pd_Q = 11.5WPON = 27WTj = 42°C
Convertitore c.c. – c.c. Riduttore
Device Database Editor
RDSon non varia con
la temperatu
ra
Modello Termico
PON = 31WTj = 44.7°CRDS(ON) = +15.7%
Elemento non lineare
Senza l’Elemento non lineare
Tj_Z = 44.7°C
Tj = 42°C
PON_Z = 31W
PON = 27W
Convertitore Bistadio
Tj_1 = 50°C Tj_3 = 67°C
Risultati della simulazione senza l’elemento non lineare
Tj_3 = 67°C
Tj_1 = 50°C
Pd_QPON
Convertitore Bistadio con l’elemento non lineare
MOSFET con l’elemento non lineare
R(DS)on_1 (25°C) = 0.045 Ω R(DS)on_1_Z (82°C) = +50%
R(DS)on_3 (25°C) = 0.045 Ω R(DS)on_3_Z (72°C) = +46.2%
Tj_1 = 50°C Tj_1_Z = 82°CTj_3 = 67°C Tj_3_Z = 72°C
Risultati con la variazione della R(DS)on
Tj_3 = 72°C
Tj_1 = 82°C
Conclusioni
Definizione di un metodo che permette di includere gli
effetti della temperatura sul valore della R(DS)on
Stima più attendibile della Potenza Dissipata
Stima più attendibile della Temperatura di Giunzione
Grazie
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