Документация Engee

Optocoupler

Динамическая модель (или поведенческая модель) оптопары, состоящая из светодиода, датчика тока и управляемого источника тока.

optocoupler

Описание

Блок Optocoupler представляет собой оптопару, состоящую из следующих компонентов:

  • Экспоненциальный светодиод, последовательно соединенный с датчиком тока на входе;

  • Управляемый источник тока на выходе.

Ток на выходе течет от коллектора к эмиттеру. Он равен , где – значение коэффициента передачи по току, а – ток диода.

Используйте блок Optocoupler для сопряжения двух электрических цепей без прямой гальванической связи. Например, если две цепи работают при разных уровнях напряжения.

Каждая электрическая цепь должна иметь свой собственный блок Electrical Reference.

Если на выходе оптопары есть фототранзистор, значения параметра Current transfer ratio обычно составляют 0.1-0.5. Если выход оптопары представлен парой Дарлингтона (составным транзистором), значение параметра Current transfer ratio может быть гораздо выше этого. Значение Current transfer ratio может меняться в зависимости от тока светодиода, но этот эффект не моделируется в блоке Photodiode.

Некоторые производители указывают максимальную скорость передачи данных для оптопар. На практике максимальная скорость передачи данных зависит от следующих параметров:

  • Емкость фотодиода и тип цепи управления;

  • Конструкция фототранзистора и его соответствующая емкость.

В блоке Optocoupler имеется возможность задания емкости только светоизлучающего диода. Вы можете использовать параметр Junction capacitance, чтобы задать собственные данные емкости между коллектором и эмиттером.

Блок Optocoupler позволяет моделировать температурную зависимость базового диода. Подробнее см. Diode.

Тепловой порт

Вы можете включить тепловой порт для моделирования взаимного влияния тепловыделения устройства и его температуры. Чтобы учитывать или не учитывать тепловые элементы, установите для параметра Modeling option одно из следующих значений:

  • No thermal port — блок не содержит теплового порта и не учитываются тепловые эффекты в устройстве;

  • Show thermal port — блок содержит тепловой порт, который позволяет моделировать тепло, выделяющееся в результате потерь проводимости. Для повышения эффективности расчетов тепловое состояние не влияет на электрическое поведение блока.

Переменные

Чтобы установить приоритет и начальные значения для переменных блока Optocoupler перед моделированием, используйте раздел Initial Targets в окне параметров блока.

Допущения и ограничения

  • Участок цепи на выходе оптопары моделируется как управляемый источник тока. Таким образом, она лишь верно аппроксимирует биполярный транзистор, работающий в своей нормальной активной области. Чтобы создать более детальную модель, подключите выход оптопары непосредственно к базе блока биполярных транзисторов NPN и настройте параметры так, чтобы поддерживать правильное общее значение коэффициента передачи тока. Если вам необходимо подключить оптопары последовательно, используйте этот подход, чтобы избежать недопустимой топологии двух последовательно соединенных источников тока.

  • Температурная зависимость коэффициента передачи по току не моделируется. Обычно температурная зависимость этого параметра намного меньше, чем температурная зависимость вольт-амперной характеристики (ВАХ) оптического диода.

  • Для предотвращения проблем с численным моделированием может потребоваться использование ненулевых значений омического сопротивления и емкости перехода, но численный расчет может пройти быстрее, если эти значения установлены в ноль.

Порты

Ненаправленные

+ — положительный
электричество

Электрический порт, связанный с положительной клеммой.

- — отрицательный
электричество

Электрический порт, связанный с отрицательной клеммой.

C — коллектор
электричество

Электрический порт, связанный с клеммой коллектора транзистора.

E — эмиттер
электричество

Электрический порт, связанный с клеммой эмиттера транзистора.

H — тепловой порт
тепло

Тепловой ненаправленный порт.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите флажок для параметра Enable thermal port.

Параметры

Main

Enable thermal port — включение теплового порта
выключено (по умолчанию) | включено

Моделирование тепловых эффектов.

Чтобы включить моделирование тепловых эффектов, установите флажок параметра в положение включено.

Current transfer ratio — коэффициент передачи по току
0.2 (по умолчанию)

Выходной ток, протекающий от коллектора к эмиттеру транзистора, равен произведению коэффициента передачи по току на ток светодиода.

Parameterization — параметризация модели
Use I-V curve data points (по умолчанию) | Use parameters IS and N

Выберите один из следующих методов параметризации модели:

  • Use I-V curve data points — задать измеренные данные в двух точках кривой вольт-амперной характеристики диода.

  • Use parameters IS and N — задать ток насыщения (IS) и коэффициент эмиссии (N).

Currents [I1 I2] — вектор значений тока в двух точках
[0.001, 0.015] A (по умолчанию) | вектор 1 на 2

Вектор значений тока в двух точках кривой вольт-амперной характеристики диода, которые блок использует для расчета тока насыщения (IS) и коэффициента эмиссии (N).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use I-V curve data points.

Типы данных:Float64

Voltages [V1 V2] — вектор значений напряжения в двух точках
[0.9, 1.05] V (по умолчанию) | вектор 1 на 2

Вектор значений напряжения в двух точках кривой вольт-амперной характеристики диода, которые блок использует для расчета тока насыщения (IS) и коэффициента эмиссии (N).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use I-V curve data points.

Типы данных:Float64

Ohmic resistance, RS — сопротивление диода
0.1 Ohm (по умолчанию) | скаляр

Последовательное омическое сопротивление диода.

Типы данных:Float64

Saturation current, IS — ток насыщения
1e-10 A (по умолчанию) | скаляр

Величина тока, к которой уравнение идеального диода приближается асимптотически для очень больших уровней обратного смещения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use parameters IS and N.

Measurement temperature — температура измерения
25 degC (по умолчанию) | скаляр

Температура, при которой измерялась кривая тока насыщения (IS) или вольт-амперной характеристики диода. Значение по умолчанию – 25 degC.

Типы данных:Float64

Emission coefficient, N — коэффициент эмиссии диода
2 (по умолчанию) | скаляр

Коэффициент эмиссии диода, или коэффициент идеальности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use parameters IS and N.

Типы данных:Float64

Junction Capacitance

Capacitance — моделирование емкости перехода диода
Fixed or zero junction capacitance (по умолчанию) | Use C-V curve data points | Use parameters CJ0, VJ, M & FC

Выберите один из следующих вариантов моделирования емкости перехода диода:

  • Fixed or zero junction capacitance — моделирование емкости перехода как фиксированного значения;

  • Use C-V curve data points — задать измеренные данные в трех точках C-V кривой диода;

  • Use parameters CJ0, VJ, M & FC — задать емкость перехода в нулевом смещении, контактная разность потенциалов перехода, коэффициент, учитывающий плавность перехода, и коэффициент нелинейности барьерной емкости перехода в прямом смещении.

Junction capacitance — емкость перехода
5 pF (по умолчанию) | скаляр

Фиксированное значение емкости перехода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение Fixed or zero junction capacitance.

Типы данных:Float64

Zero-bias junction capacitance, CJ0 — емкость перехода при нулевом смещении
capacitance 5 pF (по умолчанию) | скаляр

Значение емкости, параллельно соединенного к экспоненциальному диоду.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Типы данных:Float64

Junction potential, VJ — контактная разность потенциалов перехода
1 V (по умолчанию) | скаляр

Контактная разность потенциалов перехода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Типы данных:Float64

Grading coefficient, M — коэффициент, учитывающий плавность перехода
0.5 (по умолчанию) | скаляр

Коэффициент, количественно определяющий плавность p-n перехода.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение Use parameters CJ0, VJ, M & FC.

Типы данных:Float64

Reverse bias voltages [VR1 VR2 VR3] — вектор напряжений обратного смещения
[0.1, 10.0, 100.0] V (по умолчанию) | вектор 1 на 3

Вектор значений напряжения обратного смещения в трех точках кривой C-V диода, которые блок использует для вычисления CJ0, VJ и M.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение C-V curve data points.

Типы данных:Float64

Corresponding capacitances [C1 C2 C3] — вектор емкостей, соответствующий вектору напряжений обратного смещения
[3.5, 1.0, 0.4] pF (по умолчанию) | вектор 1 на 3

Вектор значений емкости в трех точках на кривой C-V диода, который блок использует для вычисления CJ0, VJ и M.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение C-V curve data points.

Типы данных:Float64

Capacitance coefficient, FC — коэффициент нелинейности барьерной емкости прямосмещенного перехода
0.5 (по умолчанию) | скаляр

Коэффициент, который количественно определяет уменьшение разрядной емкости с приложенным напряжением.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Capacitance значение C-V curve data points.

Типы данных:Float64

Temperature Dependence

Parameterization — параметризация температурной зависимости
None — Use characteristics at parameter measurement temperature (по умолчанию) | Use an I-V data point at second measurement temperature | Specify saturation current at second measurement temperature | Specify the energy gap, EG

Выберите один из следующих методов параметризации температурной зависимости:

  • None — Use characteristics at parameter measurement temperature — температурная зависимость не моделируется, или модель моделируется при температуре измерения (как указано в параметре Measurement temperature. Это метод по умолчанию).

  • Use an I-V data point at second measurement temperature — при выборе этого значения задается вторая температура измерения, а также значения тока и напряжения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при температуре первого измерения для расчета значения ширины запрещенной зоны.

  • Specify saturation current at second measurement temperature — при выборе этого значения задается вторая температура измерения и значение тока насыщения при этой температуре. Модель использует эти значения вместе со значениями параметров при первой температуре измерения для расчета величины ширины запрещенной зоны.

  • Specify the energy gap, EG — задать значение ширины запрещенной зоны вручную.

Current I1 at second measurement temperature — ток I1 при втором измерении температуры
0.029 A (по умолчанию) | скаляр

Укажите значение тока I1 на диоде, когда напряжение равно V1 при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use an I-V data point at second measurement temperature.

Типы данных:Float64

Voltage V1 at second measurement temperature — напряжение V1 при втором измерении температуры
1.05 V (по умолчанию) | скаляр

Укажите значение напряжения на диоде V1, когда ток равен I1 при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use an I-V data point at second measurement temperature.

Типы данных:Float64

Saturation current, IS, at second measurement temperature — ток насыщения, IS, температура второго измерения
1.8e-8 A (по умолчанию) | скаляр

Укажите значение тока насыщения, IS, при второй температуре измерения.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify saturation current at second measurement temperature.

Типы данных:Float64

Second measurement temperature — температура второго измерения
125 degC (по умолчанию) | скаляр

Укажите значение для второго измерения температуры.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Use an I-V data point at second measurement temperature.

Типы данных:Float64

Energy gap parameterization — параметризация ширины запрещенной зоны
Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) (default) | Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV) | Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV) | Use nominal value for germanium (EG=0.67eV) | Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV) | Use nominal value for selenium (EG=1.74eV) | Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV) | Specify a custom value

Выберите значение ширины запрещенной зоны из списка заданных параметров или укажите пользовательское значение:

  • Use nominal value for silicon (EG=1.11eV) — значение по умолчанию;

  • Use nominal value for 4H-SiC silicon carbide (EG=3.23eV);

  • Use nominal value for 6H-SiC silicon carbide (EG=3.00eV);

  • Use nominal value for germanium (EG=0.67eV);

  • Use nominal value for gallium arsenide (EG=1.43eV);

  • Use nominal value for selenium (EG=1.74eV);

  • Use nominal value for Schottky barrier diodes (EG=0.69eV);

  • Specify a custom value — если вы выберете это значение, в диалоговом окне появится параметр Energy gap, EG, позволяющий указать пользовательское значение для EG.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Parameterization значение Specify the energy gap, EG.

Energy gap, EG — ширина запрещенной зоны
1.11 eV (по умолчанию) | скаляр

Укажите пользовательское значение для энергетического разрыва.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Energy gap parameterization значение Specify a custom value.

Saturation current temperature exponent parameterization — параметризация температурного показателя тока насыщения
Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) (default) | Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2) | Specify a custom value

Выберите один из следующих параметров, чтобы задать значение показателя температуры тока насыщения:

  • Use nominal value for pn-junction diode (XTI=3) — это значение используется по умолчанию;

  • Use nominal value for Schottky barrier diode (XTI=2);

  • Specify a custom value — если вы выберете это значение, в диалоговом окне появится параметр Saturation current temperature exponent, XTI — температурный показатель тока насыщения, позволяющий задать пользовательское значение для XTI.

Saturation current temperature exponent, XTI — температурный показатель тока насыщения
3 (по умолчанию) | скаляр

Укажите пользовательское значение для температурного показателя тока насыщения, XTI.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите для параметра Saturation current temperature exponent parameterization значение Specify a custom value.

Типы данных:Float64

Device simulation temperature — температура устройства
25 degC (по умолчанию) | скаляр

Укажите значение температуры, при которой будет моделироваться работа устройства.

Типы данных:Float64

Initial Targets

Diode current

Priority — приоритет силы тока диода
None (по умолчанию | High | Low

Приоритет силы тока диода.

Value — значение силы тока диода
0.0 A (по умолчанию) | скаляр

Значение силы тока диода.

Типы данных:Float64

Diode voltage

Priority — приоритет напряжения диода
None (по умолчанию | High | Low

Приоритет напряжения диода.

Value — значение напряжения диода
0.0 V (по умолчанию) | скаляр

Значение напряжения диода.

Типы данных:Float64

Junction capacitance voltage

Priority — приоритет напряжения емкости перехода
None (по умолчанию | High | Low

Приоритет напряжения емкости перехода.

Value — значение напряжения емкости перехода
0.0 V (по умолчанию) | скаляр

Значение напряжения емкости перехода.

Типы данных:Float64

Ссылки

  1. G. Massobrio and P. Antognetti. "Semiconductor Device Modeling with SPICE". 2nd Edition, McGraw-Hill, 1993.

  2. H. Ahmed and P.J. Spreadbury. "Analogue and digital electronics for engineers". 2nd Edition, Cambridge University Press, 1984.