Modèles SPICE

Modèles SPICE pour les diodes

La démarche la plus simple à adopter pour un modèle SPICE est la même que pour une fiche technique :consulter le site internet du fabricant. Le tableau ci-dessous répertorie les paramètres du modèle pour certaines diodes sélectionnées. Une stratégie de secours consiste à créer un modèle SPICE à partir des paramètres répertoriés sur la fiche technique. Une troisième stratégie, non considérée ici, consiste à prendre des mesures d'un appareil réel. Ensuite, calculez, comparez et ajustez les paramètres SPICE aux mesures.

Paramètres de la diode SPICE

Si les paramètres de diode ne sont pas spécifiés comme dans le modèle « Exemple » ci-dessus, les paramètres prennent les valeurs par défaut répertoriées dans le tableau ci-dessus et le tableau ci-dessous. Ces valeurs par défaut modélisent les diodes des circuits intégrés. Ceux-ci sont certainement adéquats pour les travaux préliminaires avec des appareils discrets. Pour des travaux plus critiques, utilisez les modèles SPICE fournis par le fabricant [DIn], les fournisseurs SPICE et d'autres sources. [smi]

Paramètres SPICE pour les diodes sélectionnées ; sk=schottky Ge=germanium; autre silicium.

Sinon, dérivez certains des paramètres de la fiche technique.

Dérivation des modèles SPICE à partir des fiches techniques

Sélectionnez d'abord une valeur pour le paramètre d'épice N entre 1 et 2. Elle est requise pour l'équation de la diode (n). Massobrio [PAGM] pp 9, recommande « .. n, le coefficient d'émission est généralement d'environ 2 ». Dans le tableau ci-dessus, nous voyons que les redresseurs de puissance 1N3891 (12 A) et 10A04 (10 A) utilisent tous les deux environ 2. Les quatre premiers du tableau ne sont pas pertinents car ils sont respectivement schottky, schottky, germanium et silicium. . Le courant de saturation, IS, est dérivé de l'équation de la diode, une valeur de (V_D , I_D ) sur le graphique de la figure ci-dessus, et N=2 (n dans l'équation de la diode).

 ID =IS (e
VD /nVT 
 -1) VT =26 mV à 25
o
 C n =2,0 VD =0,925 V à 1 A à partir du graphique 1 A =IS (e
(0.925 V)/(2)(26 mV)
 -1) JeS =18,8E-9 

Les valeurs numériques de IS=18,8n et N=2 sont entrées dans la dernière ligne du tableau ci-dessus pour comparaison avec le modèle du fabricant pour 1N4004, qui est considérablement différent. RS est par défaut à 0 pour le moment. Il sera estimé plus tard. Les paramètres statiques DC importants sont N, IS et RS. Rashid [MHR] suggère que TT, τ_D , le temps de transit, être approximé à partir de la charge stockée de récupération inverse Q_RR , un paramètre de fiche technique (non disponible sur notre fiche technique) et I_F , courant direct.

 ID =IS (e
VD /nVT 
 -1) τD =QRR /IF 

On prend le TT=0 par défaut faute de Q_RR . Bien qu'il serait raisonnable de prendre TT pour un redresseur similaire comme le 10A04 à 4.32u. Le 1N3891 TT n'est pas un choix valable car il s'agit d'un redresseur à récupération rapide. CJO, la capacité de jonction de polarisation zéro est estimée à partir du V_R vs C_J graphique dans la figure ci-dessus. La capacité à la tension la plus proche de zéro sur le graphique est de 30 pF à 1 V. Si vous simulez une réponse transitoire à grande vitesse, comme dans les alimentations de régulateurs à découpage, les paramètres TT et CJO doivent être fournis.

Le coefficient de classement des jonctions M est lié au profil de dopage de la jonction. Il ne s'agit pas d'un élément de fiche technique. La valeur par défaut est 0,5 pour une jonction abrupte. Nous optons pour M=0.333 correspondant à une jonction graduée linéairement. Les redresseurs de puissance du tableau ci-dessus utilisent des valeurs inférieures à 0,5 pour M.

Nous prenons les valeurs par défaut pour VJ et EG. Beaucoup plus de diodes utilisent VJ =0,6 que celui indiqué dans le tableau ci-dessus. Cependant, le redresseur 10A04 utilise la valeur par défaut, que nous utilisons pour notre modèle 1N4004 (Da1N4001 dans le tableau ci-dessus). Utilisez la valeur par défaut EG=1.11 pour les diodes et les redresseurs au silicium. Le tableau ci-dessus répertorie les valeurs pour les diodes schottky et germanium. Prenez le XTI=3, le coefficient de température IS par défaut pour les appareils au silicium. Voir le tableau ci-dessus pour XTI pour les diodes Schottky.

La fiche technique abrégée, figure ci-dessus, répertorie I_R =5 µA @ V_R =400 V, correspondant respectivement à IBV=5u et BV=400. Les paramètres 1n4004 SPICE dérivés de la fiche technique sont répertoriés dans la dernière ligne du tableau ci-dessus à des fins de comparaison avec le modèle du fabricant répertorié au-dessus. BV n'est nécessaire que si la simulation dépasse la tension de claquage inverse de la diode, comme c'est le cas pour les diodes Zener. IBV, courant de claquage inverse, est fréquemment omis, mais peut être entré s'il est fourni avec BV.

Comparaison de modèles de diodes provenant de différentes sources

La figure ci-dessous montre un circuit pour comparer le modèle du fabricant, le modèle dérivé de la fiche technique et le modèle par défaut à l'aide des paramètres par défaut. Les trois sources factices 0 V sont nécessaires pour la mesure du courant de diode. La source 1 V est balayée de 0 à 1,4 V par pas de 0,2 mV. Voir la déclaration .DC dans la netlist dans le tableau ci-dessous. DI1N4004 est le modèle de diode du fabricant, Da1N4004 est notre modèle de diode dérivé.

circuit SPICE pour la comparaison du modèle du fabricant (D1), du modèle de feuille de données calculé (D2) et par défaut modèle (D3).

Paramètres de la netlist SPICE :(D1) modèle du fabricant DI1N4004, (D2) Da1N40004 dérivé de la fiche technique, (D3) modèle de diode par défaut.

*circuit SPICE <03468.eps> de XCircuit v3.20 D1 1 5 DI1N4004 V1 5 0 0 D2 1 3 Da1N4004 V2 3 0 0 D3 1 4 Par défaut V3 4 0 0 V4 1 0 1 .DC V4 0 1400mV 0.2m .modèle Da1N4004 D (IS=18.8n RS=0 BV=400 IBV=5.00u CJO=30 +M=0.333 N=2.0 TT=0) .MODÈLE 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) .MODEL Défaut D .finir

Nous comparons les trois modèles dans la figure ci-dessous. et aux données du graphique de la fiche technique dans le tableau ci-dessous. VD est la tension de diode par rapport aux courants de diode pour le modèle du fabricant, notre modèle de fiche technique calculé et le modèle de diode par défaut. La dernière colonne « Graphique 1N4004 » provient de la courbe de tension en fonction du courant de la fiche technique de la figure ci-dessus, que nous essayons de faire correspondre. La comparaison des courants pour les trois modèles à la dernière colonne montre que le modèle par défaut est bon pour les courants faibles, le modèle du fabricant est bon pour les courants élevés et notre modèle de feuille de données calculé est le meilleur de tous jusqu'à 1 A. L'accord est presque parfait à 1 A car le calcul IS est basé sur une tension de diode à 1 A. Notre modèle dépasse largement le courant supérieur à 1 A.

Premier essai du modèle du fabricant, du modèle de feuille de données calculé et du modèle par défaut.

Comparaison du modèle du fabricant, du modèle de feuille de données calculé et du modèle par défaut au graphique de la feuille de données 1N4004 de V vs I.

modèle modèle modèle 1N4004 index VD feuille de données du fabricant graphique par défaut 3500 7.00000e-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 1.10000e+00 9.548779e+00 3.231452e+01 2.954471e+04 3,3 6000 1.20000e+00 1.174489e+01 2.233392e+02 1.411283e+06 5.3 6500 1.30000e+00 1.397087e+01 1.543591e+03 6.741379e+07 8.0 7000 1.40000e+00 1.621861e+01 1.066840e+04 3.220203e+09 12.

La solution consiste à augmenter RS ​​à partir de la valeur par défaut RS=0. Le changement de RS de 0 à 8 m dans le modèle de fiche technique fait que la courbe coupe 10 A (non illustré) à la même tension que le modèle du fabricant. L'augmentation de RS à 28,6 m déplace la courbe davantage vers la droite, comme le montre la figure ci-dessous. Cela a pour effet de faire correspondre plus étroitement notre modèle de feuille de données au graphique de la feuille de données (figure ci-dessus). Le tableau ci-dessous montre que le courant 1,224470e+01 A à 1,4 V correspond au graphique à 12 A. Cependant, le courant à 0,925 V s'est dégradé de 1,096870e+00 ci-dessus à 7,318536e-01.

Deuxième essai pour améliorer le modèle de feuille de données calculé par rapport au modèle du fabricant et au modèle par défaut.

La modification de la déclaration de modèle Da1N4004 RS=0 à RS=28,6 m diminue le courant à VD=1,4 V à 12,2 A.

.modèle Da1N4004 D (IS=18,8n RS=28,6m BV=400 IBV=5,00u CJO=30 +M=0.333 N=2.0 TT=0) modèle modèle 1N4001 graphique de la fiche technique du fabricant de l'index VD 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 1.10000e+00 9.548779e+00 3.848553e+00 3.3 6000 1.20000e+00 1.174489e+01 6.419621e+00 5.3 6500 1.30000e+00 1.397087e+01 9.254581e+00 8.0 7000 1.400.000e+00 1.621861e+01 1.224470e+01 12.

Exercice suggéré au lecteur :diminuez N pour que le courant à VD=0,925 V soit ramené à 1 A. Cela peut augmenter le courant (12,2 A) à VD=1,4 V nécessitant une augmentation de RS pour diminuer le courant à 12 A.

Diode Zener : Il existe deux approches pour modéliser une diode Zener :définissez le paramètre BV sur la tension Zener dans la déclaration de modèle, ou modélisez la Zener avec un sous-circuit contenant un dispositif de serrage de diode réglé sur la tension Zener. Un exemple de la première approche définit la tension de claquage BV à 15 pour le modèle de diode Zener 1n4469 15 V (IBV en option) :

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

La deuxième approche modélise le zener avec un sous-circuit. Les pinces D1 et VZ de la figure ci-dessous modélisent la tension de claquage inverse de 15 V d'une diode Zener 1N4477A. La diode DR représente la conduction directe du zener dans le sous-circuit.

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

Le sous-circuit de diode Zener utilise une pince (D1 et VZ) pour modéliser Zener.

Diode tunnel : Une diode tunnel peut être modélisée par une paire de transistors à effet de champ (JFET) dans un sous-circuit SPICE. [KHM] Un circuit oscillateur est également montré dans cette référence.

Diode Gunn : Une diode Gunn peut également être modélisée par une paire de JFET. [ISG] Cette référence montre un oscillateur à relaxation micro-ondes.

AVIS :

• Les diodes sont décrites dans SPICE par une déclaration de composant de diode faisant référence à la déclaration .model. L'instruction .model contient des paramètres décrivant la diode. Si les paramètres ne sont pas fournis, le modèle prend les valeurs par défaut.
• Les paramètres DC statiques incluent N, IS et RS. Paramètres de répartition inversée :BV, IBV.
• Une synchronisation dynamique précise nécessite des paramètres TT et CJO
• Les modèles fournis par le fabricant sont fortement recommandés.

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