二极管电磁兼容模型建立方法研究

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现今,二极管作为重要元器件被广泛应用于各种电子系统中。随着元器件国产化的飞速发展,在进行电子系统电磁兼容仿真分析时,仍存在软件模型库有限、库模型难以兼顾高频特性、国产二极管无模型可用等技术瓶颈。为保证能准确高效建立二极管电磁兼容模型,本文以二极管为研究对象,结合其功能特性及电磁干扰特性的理论分析,提出了两种有效可行的建模方法,并通过实测和仿真结果对比,验证了建模方法和所建模型的有效性和可靠性,主要研究内容如下:(1)基于物理方程的二极管电磁兼容模型建立方法研究。该方法以快恢复整流二极管2CZ106C为建模对象,通过实验测试及数据手册得到建模时所需电气参数及曲线,进一步基于半导体物理方程和非线性拟合随机优化算法对模型参数进行拟合提取。同时对于材料工艺相关的模型参数,基于它们本身所表征的物理意义进行合理分析得到具体取值。随后根据SPICE语法规则编写了二极管2CZ106C电磁兼容模型。该方法适用于大部分类型二极管,所建模型能准确模拟二极管实际应用中的功能特性、结电容及反向恢复等电磁干扰特性,可用于电磁兼容性能仿真分析,但难以准确模拟TVS管、稳压管等特殊应用二极管的工作性能。(2)基于等效电路的二极管电磁兼容模型建立方法研究。该方法以稳压管1N5355B为例设计了等效电路,将I-V特性划分为正向偏置、击穿前漏电流、击穿后反向偏置、最大电流限制共四个区域,且基于实验测试和数据手册对四个区域的模型参数进行拟合计算及确定分析,随后根据等效电路节点建立稳压管1N5355B电磁兼容模型。该方法用一组理想元器件构造等效电路,对应所建模型能准确模拟功能特性及电磁干扰特性,且可兼顾考虑击穿特性、温度特性、正反向串联电阻差异及最大反向电流限制等复杂特性,可重点模拟像TVS管、稳压管等特殊应用二极管的工作性能。(3)二极管电磁兼容模型的验证及误差分析。首先,设计PCB电路板并搭建模型验证平台,给定不同频率信号作为激励进行实测。然后,在CST中导入PCB设计文件及所建二极管电磁兼容模型,建立模型验证平台所对应的仿真模型。最后,分别从时域和频域两个方面进行实测和仿真结果对比及误差分析,证明了两种建模方法及所建模型的有效性和准确性。
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