W pracy przeprowadzono ocenę możliwości wykorzystania programu SPICE do modelowania charakterystyk statycznych oraz czasowych przebiegów w zakresie przełączania diod PiN wykonanych w technologii węglika krzemu (SiCPiN). Przedmiotem badań są dostępne komercyjnie diody SiCPiN firmy GeneSiC. Wykazano, że wykorzystanie w symulacjach firmowych wartości parametrów występujących we wbudowanym w programie SPICE modelu diody prowadzą do istotnych różnic ilościowych, a nawet jakościowych pomiędzy kształtem charakterystyk rozważanych przyrządów półprzewodnikowych otrzymanych z obliczeń i pomiarów. Przeprowadzona przez autorów estymacja wartości tych parametrów doprowadziła do znacznej poprawy wyników symulacji
EN
In the paper, an assessment was carried out on the feasibility of using the SPICE program to model the static characteristics and switching waveforms of silicon carbide PiN diodes (SiCPiN). The focus of the research are commercially available SiCPiN diodes from GeneSiC. It was shown that using the parameter values provided by the built-in SPICE diode model could lead to significant quantitative and even qualitative differences in the shape of the characteristics of the considered semiconductor devices, compared to the results obtained from calculations and measurements. The authors conducted an estimation of these parameter values, leds to a significant improvement in the simulation results.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przeanalizowano wpływ postaci modelu termicznego modułu IGBT na dokładność obliczeń jego charakterystyk statycznych. Moduł taki zawiera we wspólnej obudowie kilka struktur półprzewodnikowych. W rozważanym module zachodzi zjawisko samonagrzewanie w każdej strukturze półprzewodnikowej oraz wzajemne sprzężenia cieplne między każdą parą tych struktur. Rozważania przeprowadzono dla modułu zawierającego 2 tranzystory IGBT i dwie diody połączone w jedną gałąź falownika oraz termistor. Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu programu SPICE uwzględniając 4 rodzaje modeli termicznych modułu. Pierwszy z nich nie uwzględnia ani samonagrzewania, ani wzajemnych sprzężeń cieplnych. Drugi uwzględnia jedynie samonagrzewanie w poszczególnych strukturach półprzewodnikowych. Trzeci model uwzględnia oba zjawiska cieplne charakteryzowane przez rezystancje termiczne o ustalonej wartości. Czwarty model uwzględnia oba zjawiska cieplne oraz zależność rezystancji termicznej od mocy traconej w poszczególnych strukturach półprzewodnikowych. Wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów uzyskanych dla trzech różnych warunków chłodzenia. Przedyskutowano zakres zastosowań poszczególnych modeli.
EN
This paper analyzes the influence of the form of the thermal model of the IGBT module on the accuracy of computations of their DC characteristics. Such a module contains several semiconductor dies in a common case. In such a module, the phenomenon of self-heating occurs in each semiconductor die and mutual thermal couplings between each pair of these dies. Considerations are made for the module containing 2 IGBTs and two diodes connected into one branch of the inverter and a thermistor. The investigations are carried out with the use of SPICE software, taking into account 4 types of thermal models of this module. The first one does not take into account either self-heating or mutual thermal couplings. The second takes into account only self-heating in individual semiconductor dies. The third model takes into account both thermal phenomena characterized by thermal resistances of a fixed value. The fourth model takes into account both thermal phenomena and the dependence of the thermal resistance on the power lost in individual semiconductor dies. The calculation results are compared with the measurement results obtained for three different cooling conditions. The range of application of individual models is discussed.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przeanalizowano właściwości wybranych filtrów sieciowych przy wykorzystaniu symulacji komputerowych. W szczególności zwrócono uwagę na wpływ parametrów pasożytniczych komponentów RLC na charakterystyki częstotliwościowe takich filtrów. Wykazano, że w zakresie wysokich i bardzo wysokich częstotliwości kluczowe znaczenie dla skutecznego filtrowania zakłóceń mają niedoskonałości zastosowanych komponentów.
EN
In this paper the properties of selected network filters are analysed with the use of computer simulations. In particular, attention is paid to the influence of parasitic parameters of RLC components on the frequency characteristics of such filters. It has been shown that in the high and very high frequency range, non-idealities of the components used are of key importance for effective interference filtering.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca dotyczy problematyki modelowania charakterystyk oraz parametrów tranzystorów MOS mocy wykonanych z węglika krzemu. Przedstawiono aktualny status komercyjny tranzystorów SiC-MOS oraz informacje w zakresie dostępności modeli firmowych rozważanych przyrządów półprzewodnikowych. Zaprezentowano budowę oraz zasadę działania modeli oferowanych przez wybranych producentów tranzystorów SiC-MOS. Przedstawiono wyniki oceny dokładności tych modeli poprzez porównanie wyników symulacji oraz charakterystyk katalogowych.
EN
The paper concerns on modelling of the characteristics and parameters of power MOSFETs made of silicon carbide. The current commercial status of SiC-MOSFETs and information on the availability of manufacturers models of considered transistors have been discussed. The structure and principle of operation of the models offered by selected manufacturers of SiC-MOSFETs have been presented. An evaluation of accuracy of these models have been presented by comparing the simulation results and catalogue characteristics.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy omówiono wybrane literaturowe modele ogniw fotowoltaicznych oraz autorski elektrotermiczny model fotoogniwa. Omówiony autorski elektrotermiczny model fotoogniwa uwzględnia zarówno zmianę temperatury podczas pracy fotoogniwa oraz zmianę kąta padania promieni światła na to fotoogniwo. Przedstawiono również wyniki weryfikacji doświadczalnej wybranego z prezentowanych modeli.
EN
The paper describes selected literature models of photovoltaic cells and the authors’ electrothermal model of photovoltaic cell. The discussed electrothermal photovoltaic model takes into account the temperature change during photovoltaic operation and the angle of incidence of light rays on considered photovoltaic cell. The results of experimental verification of one of the presented models were also presented.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki badań dwóch literaturowych modeli modułów termoelektrycznych dedykowanych dla programu SPICE. Przedstawiono topologię oraz równania opisujące te modele. Pokazano także wyniki weryfikacji ich dokładności poprzez porównanie wyników pomiarów i obliczeń wykonanych w programie SPICE. Niezbędne wartości parametrów wyznaczono w oparciu o dane producenta.
EN
In the paper results of research of two published in literature SPICE models of thermoelectric modules have been presented. Topology and equations describing these models, as well as results of experimental verification of their accuracy, based on comparison of results of SPICE calculation and measurements have been discussed. Required models parameters values have been calculated using manufacturer data.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Electrical transients in high-order resonant power converters are difficult to solve with classical analytic analysis. It is also costly and challenging to verify some phenomena empirically. Thus, design and analysis of electronic circuits can be remarkably improved by using appropriate simulation tools, especially in the field of power electronics. In our work, a complete simulation of digitally controlled 350W LLC resonant power converter is presented. Ngspice was utilized as a simulator and KiCad was used as applicative schematic editor. In particular, the use of simplified element models in time domain analysis provide short simulation time. We achieved good consistency between simulation results and hardware measurements. The introduced simulation environment with the LLC converter model is a compelling tool that shortens design time and reduces deployment costs. Among many published scientific papers, this work is distinguished by the fact that the simulation includes a converter with full resonant circuit, quality factor limiter and digital feedback loop.
PL
Stany przejściowe w przetwornicach rezonansowych są trudne do wyznaczenia analitycznie. Również pomiary z wykorzystaniem modeli fizycznych są bardzo czasochłonne oraz wymagają specjalistycznego sprzętu. Jednak gdy wykorzysta się narzędzia symulacyjne proces analizy i projektowania układów energoelektronicznych ulega znacznemu usprawnieniu. W artykule przedstawiono wyniki symulacji sterowanej cyfrowo przetwornicy rezonansowej typu LLC o mocy 350W. W symulacjach wykorzystano oprogramowanie Ngspice, a jako edytor schematów KiCad. Aby otrzymać krótkie czasy symulacji i móc przeprowadzić badania kompletnej przetwornicy wykorzystano uproszczone modele podzespołów. W pracy otrzymano dobrą zgodność wyników symulacji i pomiarów. Zaprezentowany model symulacyjny wraz z narzędziami tworzy kompletne środowisko, które pozwala skrócić czas projektowania i testowania cyfrowych zasilaczy. Wyróżnikiem przedstawionego podejścia jest połączenie analogowej symulacji przetwornicy rezonansowej wraz z implementacją w pełni cyfrowego regulatora.
DC-DC converters are popular switch-mode electronic circuits used in power supply systems of many electronic devices. Designing such converters requires reliable computation methods and models of components contained in these converters, allowing for accurate and fast computations of their characteristics. In the paper, a new averaged model of a diode-transistor switch containing an IGBT is proposed. The form of the developed model is presented. Its accuracy is verified by comparing the computed characteristics of the boost converter with the characteristics computed in SPICE using a transient analysis and literature models of a diode and an IGBT. The obtained results of computations proved the usefulness of the proposed model.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono ocenę przydatności wybranych modeli tranzystora IGBT, które są dostępne na stronie firmy Infineon. Przedstawiono strukturę rozważanych modeli, przy wykorzystaniu których przeprowadzono obliczenia wybranych charakterystyk tranzystora IGBT. Uzyskane przy wykorzystaniu rozważanych modeli wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów uzyskanymi dla różnych warunków pracy tego elementu.
EN
In this paper, evaluation of accuracy of the selected models of IGBT, which are available at Infineon web-site is presented. Structures of the considered models and results of computations made using these models are presented. Obtained results of computations are compared with results of measurements made for different operating conditions of the IGBT.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaproponowano sposób modelowania właściwości elementów półprzewodnikowych przy uwzględnieniu wpływu zewnętrznego pola elektromagnetycznego. Przedstawiono koncepcję modelowania rozważanych elementów za pomocą programu SPICE oraz pokazano postać hybrydowego modelu elementu półprzewodnikowego uwzględniającego oddziaływanie rozważanego pola na przebiegi napięcia i prądu elementu półprzewodnikowego. Rozważania szczegółowe przeprowadzono na przykładzie diody p-n. Przedstawiono i przedyskutowano wyniki obliczeń charakterystyk statycznych i dynamicznych tej diody. Wskazano, przy jakich wartościach parametrów pola elektromagnetycznego widoczny jest jego wpływ na rozważane charakterystyki.
EN
This paper proposes the manner of the modelling properties of semiconductor devices with an influence of the external electromagnetic field taken into account. The idea of modelling considered devices by means of the SPICE software is presented and the form of the hybrid model of the semiconductor device taking into account the influence of considered field on courses of the voltage and the current of this device is shown. Detailed considerations were passed on the example of the p-n diode. Results of calculations of dc and dynamic characteristics of this diode are presented and discussed. It is shown, at which values of parameters characterising electromagnetic field its influence on considered characteristics is visible.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wyniki analiz komputerowych przetwornicy SEPIC przy wykorzystaniu uśrednienionych modeli łącznika diodowo-tranzystorowego dla programu SPICE. Opisano postać zastosowanych modeli oraz sposób wykonywania obliczeń przy ich wykorzystaniu. Porównano czasy trwania obliczeń realizowanych przy zastosowaniu poszczególnych modeli, a uzyskane wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów.
EN
The paper presents the results of computer analyzes of the SEPIC converter obtained using the average models of the diode-transistor switch dedicated for the SPICE program. The form of used models and procedure of calculations using this models are described. The time duration of calculations performed using described models were compared, and the obtained results of calculations were compared with the results of measurements.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono model fotoogniwa dedykowany dla programu SPICE. Model ten uwzględnia zjawiska optyczne, elektryczne i cieplne. W szczególności uwzględniono wpływ na charakterystyki fotoogniwa kąta padania promieni światła na powierzchnię tego fotoogniwa. Zaprezentowano zarówno postać modelu, jak i zastosowane stanowisko pomiarowe. Praktyczną przydatność opracowanego modelu zbadano dla fotoogniwa monokrystalicznego.
EN
In the paper the model of the solar cell dedicated for the SPICE software is presented. This model takes into account optical, electrical and thermal phenomena. The influence of the angle of incidence of shafts on its surface on characteristic of solar cells are considered. Both the form of the model and the worked out measuring set-up are presented. The practical usefulness of the worked out model is examined for the monocrystalline solar cell (Modelling characteristics of mono-crystalline solar cells operating under different luminous conditions).
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przeanalizowano właściwości wybranych literaturowych modeli tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką. Przedstawiono postać modelu tego elementu wbudowanego w programie SPICE oraz modelu zaproponowanego na stronie internetowej firmy International Rectifier. Za pomocą rozważanych modeli wyznaczono charakterystyki wybranego typu tranzystora IGBT pracującego przy różnych wartościach temperatury, a uzyskane wyniki obliczeń porównano z wynikami pomiarów badanych tranzystorów wykonanymi przez Autorów. W oparciu o uzyskane wyniki badań, przedyskutowano zakres przydatności obu rozważanych modeli.
EN
On the paper proprieties of selected literature models of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) are analysed. The forms of the model of this element built-in in the SPICE software and the model proposed on web-side of International Rectifier are presented. By means of the considered models some characteristics of the selected type of the IGBT operating at different values of the temperature are calculated. Obtained results of calculations are compared with results of measurements of the investigated devices performed by the Authors. Basing on obtained results of investigations, the range of the usefulness of both the considered models are discussed.
W pracy zaproponowano model obwodowy elektrolizera w formie dedykowanej dla programu SPICE. Model ten uwzględnia zarówno właściwości statyczne, jak i dynamiczne rozważanego urządzenia i jest przeznaczony do optymalizacji parametrów sygnału zasilającego ten elektrolizer. Przedstawiono postać opracowanego modelu opisującego właściwości elektryczne elektrolizera oraz pokazano wyniki weryfikacji eksperymentalnej poprawności tego modelu. Wykorzystując przedstawiony model przeprowadzono symulacje komputerowe ilustrujące wpływ częstotliwości sygnału zasilającego elektrolizer oraz stężenia roztworu na wydajność i sprawność energetyczną procesu elektrolizy. Wybrane wyniki obliczeń zweryfikowano doświadczalnie.
EN
In the paper the network model of the electrolyser in the form dedicated for SPICE software is proposed. This model takes into account both static and dynamic proprieties of the considered device and it is devoted to the optimization of parameters of the signal feeding this electrolyser. The form of the worked out model describing electrical properties of the electrolyser is presented and some results of the experimental verification of the correctness of this model are shown. Using the presented model some computer simulations illustrating the influence of the frequency of the signal feeding the electrolyser and of the concentetion of the solution on the productivity and the efficiency of the electrolysis process are performed. Selected results of the calculations are compared with results of measurements.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy rozważany jest problem modelowania diod LED mocy przy wykorzystaniu programu Spice. Przedstawiono autorski elektro-termiczno-optyczny model diod LED, uwzględniający zjawiska elektryczne w poszczególnych diodach LED, samonagrzewanie oraz zjawiska optyczne. Poprawność modelu zweryfikowano doświadczalnie zarówno w warunkach pracy statycznej, jak i dynamicznej dla diod LED firmy CREE typu XML, XPE oraz MCE. Uzyskano dobrą zgodność między wynikami pomiarów i obliczeń.
EN
In the paper the manner of the modelling of power LED with the use of the SPICE software is presented. The new electro-thermal-optical model of power LED diodes taking into account both electric phenomena, self-heating and optical phenomena in selected LEDs is proposed. The correctness of the model is verified experimentally both in the steady state and in dynamic operation of LED XML, XPE and MCE type from CREE Company. The good agreement between results of calculations and measurement is obtained.
W pracy przedstawiono możliwości uzyskiwania i modelowania sygnałów zmodulowanych za pomocą programu SPICE ze szczególnym uwzględnieniem modulacji amplitudowej i częstotliwościowej. Szczegółowo opisano źródła typu SFFM, z których można uzyskać sygnał zmodulowany częstotliwościowo. Przedstawiono przykładowy przebieg czasowy i obliczone widmo sygnału z tego źródła. Opisano sposób uzyskania sygnału zmodulowanego amplitudowo na podstawie autorskiego modelu nadajnika NAW 2511 pracującego z emisją H2A. Rozważania teoretyczne zilustrowano wynikami symulacji komputerowych.
EN
In the paper, possibilities of modelling frequency and amplitude modulated signals in SPICE program are presented. Obtaining a frequency modulated signal using the SFFM source is described, in detail. Some calculated waveforms and spectrums obtained from this source are shown. The manner of obtaining the amplitude modulated signal based on author’s model of radiotransmiter NAW 2511 which is operating with a H2A emission is presented. The theoretical considerations was illustrated by results of the computer simulations.
Artykuł dotyczy bipolarnych tranzystorów mocy wykonanych z węglika krzemu. Scharakteryzowano wybrane właściwości węglika krzemu. Przedstawiono historię rozwoju tych przyrządów jak również ich status komercyjny oraz stan literatury dotyczący tych tranzystorów. Zwrócono uwagę na mankamenty w zakresie modelowania rozważanej klasy przyrządów półprzewodnikowych z wykorzystaniem programu SPICE.
EN
The paper deals with the bipolar power transistors made of silicon carbide (SiC-BJTs). The selected features of silicon carbide, the history of SiC-BJTs development and their commercial status are described. Additionally, the short overview of literature concerning the considered class of SiC devices is presented. The special attension is paid to shortcoming in the range of SiC-BJTs modeling with the use of SPICE.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaproponowano nową postać uśrednionego elektrotermicznego modelu przetwornicy boost dedykowanego do zastosowania w programie SPICE. Do opisu właściwości rozważanej przetwornicy zastosowano opracowany uprzednio przez autora elektrotermiczny uśredniony model klucza diodowo-tranzystorowego oraz nowy uśredniony nieliniowy elektrotermiczny model dławika. Zaprezentowano postać nowego modelu dławika oraz przedstawiono wyniki obliczeń nieizotermicznych charakterystyk rozważanej przetwornicy uzyskanych za pomocą nowego modelu dławika oraz modeli uśrednionych tej przetwornicy znanych z literatury.
EN
In the paper the new form of the average electrothermal model of the boost converter dedicated for SPICE is proposed. To the description of the properties of considered converter the previously elaborated by the author the electrothermal average model of the diode-transistor switch and new average non-linear electrothermal model of the choking-coil are applied. The form of the new model of the choking-coil is presented and some results of calculations of non-isothermal characteristics of considered converter obtained by means of the new model of choking-coil and average models of this converter well-known from the literature, are presented.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper presents an electrothermal model of ferromagnetic cores dedicated for SPICE software. The form of this model, dedicated to be used in power electronics applications, is presented and the procedure of estimating magnetic, geometric and thermal parameters of the presented model is proposed. The correctness of the proposed model is verified by comparing the calculated and measured characteristics of the selected ferromagnetic cores operating at different values of flux density, frequency, ambient temperature and cooling conditions. The satisfied agreement between the results of calculations and measurements is obtained.
PL
W pracy zaproponowano elektrotermiczny model rdzeni ferromagnetycznych dla programu SPICE, dedykowany do analizy układów energoelektronicznych. Przedstawiono postać modelu oraz sposób wyznaczania jego parametrów magnetycznych, geometrycznych oraz cieplnych. Poprawność prezentowanego modelu została zweryfikowana przez porównanie obliczonych i zmierzonych charakterystyk wybranych rdzeni wykonanych z różnych materiałów i pracujących przy różnych wartościach indukcji pola magnetycznego, częstotliwości i temperatury otoczenia oraz przy różnych warunkach chłodzenia. We wszystkich przypadkach uzyskano dobrą zgodność między wynikami obliczeń i pomiarów.
W pracy przedstawiono wyniki weryfikacji eksperymentalnej wybranych modeli diod Schottky’ego z węglika krzemu, oferowanych przez producentów rozważanych przyrządów półprzewodnikowych. W tym celu modele diod zaimplementowano w programie SPICE i przeprowadzono symulacje wybranych charakterystyk statycznych oraz charakterystyk C(u) tych przyrządów. Przeprowadzono ocenę dokładności modeli poprzez porównanie charakterystyk obliczonych tymi modelami z charakterystykami zmierzonymi diod, dostępnymi w ich kartach katalogowych. Do badań wybrano wykonane z węglika krzemu diody Schottky’ego trzech producentów: ST Microelectronics, GeneSiC oraz Rohm.
EN
The paper presents the results of experimental verification of selected models of the silicon carbide Schottky diodes offered by various manufacturers. Schottky diodes fabricated by ST Microelectronics, GeneSiC and Rohm, were chosen for investigations. Models were implemented in SPICE. Calculations of DC characteristics as well as C-V characteristics of the investigated Schottky diodes, were performed. Evaluation of the models accuracy by means of comparison of the calculated and measured characteristics, were performed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.