IGBT ELEMANININ PiN DİYOT EŞDEĞER DEVRE MODELİ YARDIMI İLE DC AKIM-GERİLİM KARAKTERİSTİĞİNİN ELDE EDİLMESİ

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "IGBT ELEMANININ PiN DİYOT EŞDEĞER DEVRE MODELİ YARDIMI İLE DC AKIM-GERİLİM KARAKTERİSTİĞİNİN ELDE EDİLMESİ"

Pembe Yerlikaya
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 IBT MANININ PN İYOT ŞĞ MOİ YAIMI İ AKIMİİM KAAKTİSTİĞİNİN İMSİ M. Srhat KSİOĞ 1 H. Hüsy KAYA 1, ltr v ltro Mühdslğ Bölümü Mühdsl v Mmarlı Faülts Osmagaz Üvrsts, 6480, Mşl, sşhr 1 osta: mssr@ogu.du.tr osta: hhraya@ogu.du.tr Aahtar sözcülr: Yarılt lmalar, Smülasyo, üç ltroğ. ABSTAT A hybrd modl was dvlod for th currtvoltag charactrstcs of a IBT owr swtch. Th modl s basd o a MOSFT PN dod combato. Th PN dod structur was smulatd wth th twodmsoal ft dffrcs modl whl a aalytcal modl for th MOSFT was usd. Th charactrstc of th IBT was obtad wth ths modl. 1. İİŞ üç ltroğ lmalarıı modllms v bzşm döüştürücü tasarım v aalzd öml br rol oyar. IBT tabalı vrclr motor otrolü gb dütf yülü dvrlrd yaygı olara ullaılırlar. Aa aahtar lmaı aratrstlr vrc ablyt v vrmllğ öml ölçüd tlr. Bu sblrd dolayı grç br vrc yamada öc uygu br lma modl oluşturma v vrc rformasıı bzşm yama ço ömldr [1. IBT l olara 198 d Balga tarafıda duyurulmuş v o tarht bu yaa modllms üzr ço sayıda maal yayılamıştır [. Bu maallrd, IBT modllms yöl farlı amaçlara, farlı baış açılarıa v farlı rformaslara sah farlı yötmlr ullaılmıştır. Kullaıla modllm yötmlr dört farlı sııfta l alıablr. Bular, aalt modllr, yarı matmatsl modllr, davraışsal modllr v yarı sayısal modllrdr [3. IBT davraışı, gş sürülm bölgsd bulua taşıyıcıları davraışıa olduça bağlıdır. Yüs svy aıtma oşulları altıda bu bölgd bulua çoğuluta taşıyıcıları dam davraışı Ambolar füzyo lm vasıtasıyla taımlaır. ( x, t) ( x, t) ( x t), x τ t (1) Burada ambolar dfüzyo atsayısı, τ sürülm bölgs çd yüssvy taşıyıcı yaşam sürs v ( x, t) artı taşıyıcı yoğuluğudur. Buda dolayı çoğu matmatsl IBT modllm yalaşımı sürülm bölgs bzşm odalaır v bu da ambolar dfüzyo dlm çözümü götürür.. IBT YAPISI ÇAIŞMASI l br aallı NPTIBT (NoPuch Through IBT) dy st Şl.1.a da göstrlyor. lmaı hr br tabaasıda atılama t dğştrm yoluyla aallı IBT lr d yama mümüdür. Ayrıca aaç otağı v sürülm tabaası arasıda lav br tamo tabaa buludura IBT lr PTIBT (uchthrough IBT) olara adladırılır [4. çtaya grlm ş grlm dğr aştığıda IBT gçd altıda ala ısmıda br vrlm tabaası oluşur. Bu vrlm tabaası, tam olara MOSFT d olduğu gb sürülm bölgs aya bölgs bağlar. Bu vrlm tabaası çd br ltro aımı aar v bua arşılı olara aaç tabaasıda sürülm bölgs ç dl aıtmasıı başlamasıa yol açar. jt ola bu dllr hm sürülm hm d dfüzyo vasıtasıyla

2 hart dr sürülmbölgs aşarlar v farlı yollar at dr aya bölgs çvrly t gövd bölgs ulaşırlar. llr t gövd bölgs varır varmaz, bu dllr oluşturduğu farlşm bölgs yüü (sac charg) gövd bölgs otağı ola aya mtald ltroları çr v lav dllr ltrolarla yd brlşrlr. ala PN dyotu bzşm yaılara aımgrlm aratrstğ ld dlmştr. Bu amaçla ullaıla PN dyot gomtrs Şl.1.b d göstrlmtdr. ld dl aımgrlm aratrstğ s Şl. d vrldğ gbdr. çt Kaya 3. BNZŞİM POAMI Yarılt lmaları modllmsd v bzşmd ullaıla dlmlr, sırasıyla, ltro v dllr ç aım yoğuluğu dlmlr; r r J µ () r J r µ (3) g Sürülm bölgs jsyo tabaası Aaç W I sürll dlmlr; a) t t 1 r dvj 1 r dvj (4) (5) c 0 µm cm 3 8,1 µm 48,68 µm W µm v Posso dlm cm 3 ε olara vrlr [5,6. v ( N N ) A (6) trmlr g v ürm v yd brlşm hızları olma üzr, (7) v (8) dlmlryl fad dlr. g (7) Aot b) 8,1 µm Şl.1 a) IBT gomtr yaısı, b) Taba bölgs çr şdğr PN yaısı g (8) ShoclyadHall alamıda yd brlşmy tmsl d v trmlr brbr şt alıdı. 4 x 104 Idf(d) did T ( ) T ( ) (9) Id [Amr N N N N Kolaylı olması ç v A A olara alımıştır, ya tüm atı atomlarıı yolaştığı abul dlmştr. lştrl boyutlu bzşm rogramı l IBT MOS PN dyot şdğr dvrsd yr d [olt Şl. PN dyot aımgrlm aratrstğ

3 4. ÖNİN YÖNTM ltrsl davraışı sas olara blrly düşü atılı bölg, PN dyot, IBT vya bolar güç trasstorları gb bütü güç lmalarıı yaygı br orta özllğdr. üşü atılı bölg doğru br taımıı ld tm ç bu bölgd yü taşıyıcısı dağılımı grldr. obl v Mtzr tarafıda uygulaa yötmlr aa fr, sadc düşü atılı bölgd yarılt dlmlr çöz hızlı br sayısal algortma ullamatır [7,8. ğr bölglrd aalt dlmlr uygulaır. Bu yalaşımlar N taba bölgs çd mydaa gl olayları y br taımıı vrs bl lmaı dğr bölglrd örğ farlşm bölgs çd olduğuu taımlamasıda zayıf alır. obl v Mtzr tarafıda uygulaa v Karma Yötm olara adladırıla yötm altratf olara br yötm örld. Yötm farlılığı, güç lmaıı düşü atılamış taba bölgsd taşıyıcı yoğuluğuu ld dlmsyl lgldr. Buu yama ç IBT y arşı düş şdğr dvrlrd d yararlaıldı. Ambolar dfüzyo dlm sadc bu düşü atılı taba bölgsd v bazı bastlştrc oşullar altıda çözülms yr şdğr dvrd IBT düşü atılı taba bölgs çr şdğr dvr lmaıı tam smülasyou yaıldı. ld dl souçları sağlılı br bçmd arşılaştırılablms ç lmalara lş yaısal v ltrsl özlllr bzr olması grr. Pdharar v Sha tarafıda zl yol şöyldr [9: 1. IBT lmaıda ortaya çıa v PN ts olara adladırıla t gçt bölgsd olduğu ç gçt uzuluğu (Şl.1.a da g ) aot uzuluğua (Şl.1.b d c ) şt yaılır.. Amatör uzuluğu (Şl.1.a da ) gçt uzuluğu g y şt alıır. 3. Sürülm bölgsd ayı aım yoğuluğuu ld dlms ç IBT gşlğ W I PN dyotu gşlğ W yarısı sçlr. 4. So olara IBT sürülm bölgs aramtrlr PN dyotulr tam olara şt sçlr. Şl.1.b d göstrl gomtr yaı vasıtasıyla IBT MOS PN dyot modl oluşturulablr. Bu modl, IBT y at doğru aımgrlm aratrstlr v gçchal davraışıı blrlm ç, daha öc bazı çalışmalarda ullaıla v Şl.4.a da göstrl tst dvrs l brlt çalıştırıldı [ Şl.3 d IBT tml şdğr dvr modl göstrlyor. Bularda MOS PNP modld PNP trasstor v MOS PN modld d PN dyot IBT düşü atılı taba bölgs çrmtdr. PNP PN IBT MOS MOS IBT a) b) c) Şl.3 a) IBT dvr smbolü, b) MOS PNP trasstor modl, c) MOS PN dyot modl. a) b) Şl.4 a) IBT tst dvrs, b) IBT yr bzşm şdğr oula dvr. IBT PN dyotlu şdğr dvrsd PN dyot gomtrs oluşturma ç Pdharar v Sha çalışmasıda yararlaıldı [9. Bu çalışmada ZS (Zro oltag Swtchg) oşulu altıda br IBT v br PN dyotu ltmgçm damlr clmştr. Hr lmada aalz ç, Şl.4 d vrl dvrlrd 0 alıdı. IBT yr MOSPN dyot şdğr v PN dyot yrd bzşm şdğr oulmasıyla Şl.5 d vrl dvrlr ld dlr.

4 a) Şl.5 a) MOSPN şsğrl tst dvrs, b) PN yr bzşm şdğr oula dvr. b) aratrstğd ld dlr. MOSFT lmaıı trod moduda çalıştığı abul dlr I aımı grlm bağlı olara yazılablr: I [ ( ) K (1) S th I drs (11) dlm, g[ ( ) 0 (13) bçm döüşür, ya da F ( ) ( ) g[ ( ) 0 (14) olur. Bu dlm çözümü, uygulaa br bslm grlm ç şdğr IBT modl MOSFT arçası üzrd oluşa grlm vrr, burada da (1) dlm yardımıyla I aımı hsalaablr. IBT aot grlm s, PN PN A I (15) yardımıyla buluur. lm (14) ü çözm ç Nwtoahso yötm uyguladı. Bua gör, 1 F F ( ) ( ), 1,,3, K (16) dlm ullaılara grlm dğr blrlblr. Burada (14) dlm yardımıyla, S S I F ( ) F ( ) ( ) g 1 (17) Şl.6 MOS yr büyü şart şdğr oula dvr. MOS yr büyü şart şdğr dvr modl oulara Şl.6 d vrl dvr ld dlr. Burada dvr dlmlr, 0 (10) PN olara yazılır. lmd yr ala v PN grlmlr I aaç aımıa bağlı olara yazılablr. Bu durumda (10) dlm aşağıda gb olur: ( I ) 0 I g (11) Burada g(i ) trm PN dyot üzrd düş grlm aıma bağlı fadsdr v dyot aımgrlm fads ld dlblr. Ayrıca (1) dlm yardımıyla ld dl, [ K (18) türv fads dlm (17) da yr yazılmasıyla, F ( ) S th [ ( ) ( ) g K [ S th 1 (19) dlm ulaşılır. lm (19) v (14) fads dlm (16) d yrlr yazılara grlm blrlm ç tratf br bağıtı ld dlblr.

5 ( ) g[ ( ) g [ [ S th ( ) 1 K 1 1,,3,K (0) şdğr modld MOSFT at aramtrlr, K A v th 4 olt olara alıdı. Burada, farlı S gçt grlm dğrlr ç v 30Ω ullaılara IBT lmaıa lş doğru aımgrlm aratrstlr Şl.7 da göstrldğ gb ld dld. Ia SONÇ 5 aia gs6v gs7v gs8v gs9v gs10v a Şl.7 IBT lmaıa lş doğru aımgrlm aratrstlr. Şl.8 IBT lmaıa lş doğru aımgrlm aratrstlr, [10. Bu çalışmada MOS PN dyot şdğr dvr modl ullaılara IBT lmaıa at doğru aımgrlm aratrstlr ld dld. şdğr dvrd yr ala v IBT düşü atılı taba bölgs çr PN dyot lmaıa at aımgrlm aratrstğ ld dlblms ç boyutlu br bzşm rogramı glştrld. Yarılt ltm dlmlr IBT lmaıı sadc düşü atılı taba bölgsd çözülm yr, şdğr dvrd IBT taba bölgs çr lmaı tam bzşm v MOS yaıyı taımlaya aalt fadlr ullaılara souca gdld. Bu çalışmada ullaıla IBT yaısıa bzr br yaı ç ld dl aımgrlm aratrstlr Şl.8 d göstrlyor [10. Şl.7 v Şl.8 d vrl souçlar brbr olduça yaıdır. KAYNAKA [1 Hatao Z., Zhgmg Z., Modlg ad smulatg for IBT basd o PSIM, POW TONİS ad MOTION ONTO NF. IPM, ol., , 004. [ Balga B. J., Adlr M.S., ray.p., ov.p., Zommr N., Th sulatd gat rctfr, INT. TON İS MTİN, Abstr. 10 6, 64 67, 198. [3 Shg K., Fy S.J., Wllams B.W., Thrmal stablty of IBT hghfrqucy orato, I TANS. ON INSTIA TONIS, v. 47, o 1, 000. [4 Moha N., dlad T.M., obbs W.P., Powr lctrocs: ovrtrs, Alcatos ad sg, Joh Wly&Sos, 667., [5 Slotboom J. W., omutradd Two msoal Aalyss of Bolar Trasstor, I TAN. ON TON İS, ol. 0, o. 8, , [6 Slbrhrr S., Schütz A., Pötzl H. W., MINIMOS A Twomsoal MOS Trasstor Aalyzr, I J. OF SOI STAT IITS, ol S15, NO.4, , [7 obl H., fd mthod for modlg smcoductor owr dvcs, I TANS. POWTON, vol. 9, , [8 Mtzr., oglr T., Schrodr., Modular coct for th crcut smulato of bolar owr smcoductors, I TANS. POWTON, vol. 9, , [9 Pdharar P., Sta K., A crtqu of th turo hyscs of owr bolar dvcs, BİPOA/BİMOS IITS ad THNOOY MTIN, 0917, [10 Kao.H., Tsg.., ag, Y.., quvalt crcut modl for a sulatd gat bolar trasstor, I PO.T. POW APP., vol. 15, o. 6, 005. [11 Hfr A.., bolt. M., Bhavoral Modlg of th IBT sg th Hammrst ofgurato, I TAN. ON POW TONIS, ol. 9, NO. 5, 53 54, 1994.

Benzer belgeler

Bir Kompleks Sayının n inci Kökü.

Bir Kompleks Sayının n inci Kökü. Prof.Dr.Hüsy ÇAKALLI Br Komplks Sayıı c Kökü. hrhag br sab doğal sayı olmak ür, br komplks sayıı c kökü, c kuvv bu sayıya ş ola komplks sayıdır. ( r(cos s olsu v (cos s dylm. Bu akdrd ( [ (cos s] dr v