Verluste von Diode berechnen?

Thorben M. schrieb:
> Mein U_d ist lauf Datenblatt 0.815V. (Oder?)

Ud ist natürlich auch vom Strom abhängig. Im Datenblatt ist der typische 
Wert bei 1A angegeben.
Hast du dir schon mal den Wikipedaartikel zur Diode angeschaut?
https://de.wikipedia.org/wiki/Diode

* DRF101L2S D model
* Model Generated by ROHM
* All Rights Reserved
* Commercial Use or
* Resale Restricted
* Date: 2012/02/09
.MODEL DRF101L2S D
+ IS=30.548E-12
+ N=1.0916
+ RS=17.205E-3
+ IKF=18.602E-3
+ EG=.95
+ CJO=37.745E-12
+ M=.4084
+ VJ=.49252
+ ISR=770.05E-12
+ NR=2.2000
+ BV=200
+ TT=28.4n
+ TIKF=0.01

Die Formel gilt für die Knickgeradenapproximation. Dazu zeichnest du in 
die Diodenkennlinie deinen Arbeitspunkt (AP) ein und legst durch den AP 
eine Gerade. Die Nullstelle der Geraden ist U_d. Die Steigung der 
Geraden ist rD. Beachte, dass sich die Werte der Flussspannung und des 
Widerstands damit abhängig vom Arbeitspunkt unterscheiden.

EDIT: Die Steigung ist natürlich der Kehrwert von r_D.

KleineDiode schrieb:
> EDIT: Die Steigung ist natürlich der Kehrwert von r_D.

Das kommt drauf an, wie Strom und Spannung den Achsen zugeordnet sind 
;-)

Für den DC Fall ist das trivial und für den AC Fall ist die obige 
Gleichung wenig hilfreich, da du den effektiven rd kaum ermitteln 
kannst. Eine Simulation, die den Betriebsbedingungen nahe kommt, ist 
viel einfacher, schneller und genauer.

Also, ist die Diode in einem Schaltregler eingesetzt? Wenn ja mit 
welcher Schaltfrequenz welchem Spannungshub an der Diode und mit welcher 
Strombelastung?

Der Term rd*I*I impliziert einen konstanten sinusförmigen Strom durch 
die Diode. Den mußt Du mir mal zeigen.

Christian K. schrieb:
> Der Term rd*I*I impliziert einen konstanten sinusförmigen Strom durch
> die Diode. Den mußt Du mir mal zeigen.

Ich kann auch von Dreiecken, Trapezen und Rechtecken Effektivwerte 
bilden.

Christian K. schrieb:
> Für den DC Fall ist das trivial und für den AC Fall ist die obige
> Gleichung wenig hilfreich, da du den effektiven rd kaum ermitteln
> kannst. Eine Simulation, die den Betriebsbedingungen nahe kommt, ist
> viel einfacher, schneller und genauer.

Sorry für den Doppelpost aber hier muss ich korrigieren. Im DC Fall gibt 
es die obige Gleichung so natürlich gar nicht. Im DC sind Mittel- und 
Effektivwerte alle gleich und die Formel vereinfacht sich zu P = 
Udc*Idc.

Einen effektiven rd braucht es natürlich auch nicht. Das Ganze ist 
immerhin nur eine Näherung. Fun Fact: Das einfache Spice Modell für die 
Diode ist letztlich auch nichts anderes als eine Knickgerade die 
quadratisch gefittet wird.

Schneller ist das auch nicht unbedingt, wenn du ggbf. erstmal 
minutenlang bis in den steady state simulieren musst. Die analytische 
Berechnung geht da deutlich fixer. Und solange du dein Simulationsmodell 
nicht mit eigenen Messungen und dem Datenblatt aufwendig validiert hast, 
würde ich auf deine Simulationsergebnisse auch keinen Pfifferling 
setzen. Im Zweifel komme ich mit meiner grafischen Näherung für einen 
bestimmten Arbeitspunkt der Wahrheit näher als du mit deiner Simulation.

Bestimmter Arbeitspunkt bei einer Diode? Mit sinusförmiger 
Kleinsignal-HF um diesen vieleicht? Die meisten Dioden werden zu 
Schaltzwecken eingesetzt. Da kannst Du graphische Näherungen vergessen, 
da die Ströme extrem zeitabhängig und von Sperrverzugszeiten abhängen. 
Gerade bei Siliziumdioden übersteigen die AC Verluste die DC Verluste 
bei aktuellen Schaltfrequenzen bei weitem.

Niemand muß den ganzen Schaltregler dazu mitsimulieren. Ein Schalter mit 
Festfrequenz und halbwegs passendem Dutycycle reicht für die 
Diodenverluste völlig. Das ist in unter 1 Minute simuliert.

KleineDiode schrieb:
> Christian K. schrieb:
...

Dinem gesamten ganzen Text stimme ich voll und ganz zu. Ich habe einen 
Wechselrichter bis 3kW bestehend aus IGBTs und Dioden mit den linearen 
Näherungen berechnet und anschließend einen Laboraufbaut (thermisch) 
vermessen.

Meine berechneten Werte der Gehäusetemperatur der Leistungshalbleiter 
lagen innerhalb der Messtoleranzen des verwendeten Systems 
(Thermokoppler mit Datenlogger), die bei +-2°C lagen.

Die Gleichungen sind eine Näherung, keine Frage, aber die Ergebnisse 
sind dennoch brauchbar.

Vor allem in Optimierungsaufgaben (Schaltfrequenz vs. Verlustleitung vs. 
Leistungsdichte vs. Last etc.) hätte ich keine Lust, für jeden 
Betriebspunkt Simulationen laufen zu lassen.

Gruß,

EDIT:
Ich stimme KleineDiode zu, da ist wohl ein Zitat zu viel drinnen 
gewesen.

Alexander schrieb:
> KleineDiode schrieb:
> ...
>
> Dinem gesamten ganzen Text stimme ich voll und ganz zu. Ich habe einen
> Wechselrichter bis 3kW bestehend aus IGBTs und Dioden mit den linearen
> Näherungen berechnet und anschließend einen Laboraufbaut (thermisch)
> vermessen.
>
> Meine berechneten Werte der Gehäusetemperatur der Leistungshalbleiter
> lagen innerhalb der Messtoleranzen des verwendeten Systems
> (Thermokoppler mit Datenlogger), die bei +-2°C lagen.
>
> Die Gleichungen sind eine Näherung, keine Frage, aber die Ergebnisse
> sind dennoch brauchbar.
>
> Vor allem in Optimierungsaufgaben (Schaltfrequenz vs. Verlustleitung vs.
> Leistungsdichte vs. Last etc.) hätte ich keine Lust, für jeden
> Betriebspunkt Simulationen laufen zu lassen.
>
> Gruß,

Christian K. schrieb:
> Bestimmter Arbeitspunkt bei einer Diode? Mit sinusförmiger
> Kleinsignal-HF um diesen vieleicht? Die meisten Dioden werden zu
> Schaltzwecken eingesetzt. Da kannst Du graphische Näherungen vergessen,
> da die Ströme extrem zeitabhängig und von Sperrverzugszeiten abhängen.
> Gerade bei Siliziumdioden übersteigen die AC Verluste die DC Verluste
> bei aktuellen Schaltfrequenzen bei weitem.
>
> Niemand muß den ganzen Schaltregler dazu mitsimulieren. Ein Schalter mit
> Festfrequenz und halbwegs passendem Dutycycle reicht für die
> Diodenverluste völlig. Das ist in unter 1 Minute simuliert.

Als Arbeitspunkt würde man den Strommittelwert wählen und darum 
linearisieren. Sollte brauchbare Ergebnisse liefern. Da ist die 
eigentliche Kurvenform egal. P=Ieff²R gilt für jede Kurvenform, das muss 
kein Sinus sein. Der Fehler hält sich dabei in Grenzen, das ist keine 
Kleinsignalnäherung in dem Sinne, sondern man approximiert die gesamte 
Kennlinie durch eine Knickgerade. Der Fehler wird üblicherweise dadurch 
bei kleinen Strömen größer, aber dort sind die Verluste eben auch klein.

Was genau soll der Unterschied zwischen AC und DC Verlusten sein? Meinst 
du Reverse Recovery? Die können genausowenig zuverlässig simuliert 
werden, weil es dafür keine vernünftigen Simulationsmodelle gibt. Wie 
gesagt führt Spice dieselbe Näherung durch, nur wird in die Knickgerade 
eine Parabel gefittet. Inwiefern das genauer sein soll, erschließt sich 
mir nicht.

Die transiente Simulation kann je nach Schaltfrequenz und Modellen für 
diverse Arbeitspunkte ewig dauern, sofern das überhaupt konvergiert. 
Nicht den gesamten Schaltregler zu simulieren hilft natürlich, aber 
damit vereinfachst du auch wieder, sodass das keinen wirklichen Mehrwert 
liefert.