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SiC 다이오드 전류 전압 모델 (Verilog A 시뮬레이션) 제안

"SiC 다이오드 전류 전압 모델 (Verilog A 시뮬레이션) 제안"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2025.10.05 최종저작일 2025.10
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SiC 다이오드 전류 전압 모델 (Verilog A 시뮬레이션) 제안
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    • 🔬 첨단 반도체 SiC 다이오드의 정밀한 전류-전압 모델링 기법 제공
    • 💻 Verilog-A 시뮬레이션에 직접 적용 가능한 실용적인 모델 제시
    • 🌡️ 광범위한 온도 범위(17°C-600°C)에서 5% 이하의 낮은 오차율 달성

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    소개

    "SiC 다이오드 전류 전압 모델 (Verilog A 시뮬레이션) 제안"에 대한 내용입니다.

    목차

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    본문내용

    .초록
    본 논문은 DOE-NETL 실험 데이터를 기반으로 SiC 다이오드의 전류-전압 특성을 2구간 다항식 및 저전압 로그 보정식으로 근사화한 향상된 모델을 제시한다. 제안된 모델은 전온도 범위(17°C–600°C)에서 5% 이하의 상대 오차를 달성하며 Verilog-A 시뮬레이션에 통합이 용이하다.

    SiC Diode I–V Modeling — All Temperatures
    실험치, 쇼클리 모델, 2구간 다항식(고정/자동, 5차/6차), 전구간 로그-다항식 모델을 비교했습니다.
    .17°C 결과
    방법A 분할점≈3.300 V, 방법B 자동 분할점≈2.900 V
    .100°C 결과
    방법A 분할점≈3.150 V, 방법B 자동 분할점≈2.700 V
    .200°C 결과
    방법A 분할점≈1.600 V, 방법B 자동 분할점≈2.500 V
    .300°C 결과
    방법A 분할점≈1.600 V, 방법B 자동 분할점≈2.200 V
    .400°C 결과
    방법A 분할점≈1.600 V, 방법B 자동 분할점≈2.200 V
    .500°C 결과
    방법A 분할점≈1.600 V, 방법B 자동 분할점≈2.100 V

    참고자료

    · 없음
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    • 1. SiC 다이오드 I-V 특성 모델링
      SiC 다이오드의 I-V 특성 모델링은 고전력 전자 응용에서 매우 중요한 분야입니다. SiC 소자는 실리콘 대비 높은 항복 전압과 낮은 온-저항을 가지므로, 정확한 I-V 특성 모델링이 필수적입니다. 순방향 전도 영역에서의 비선형 특성과 역방향 누설 전류의 온도 의존성을 정확히 표현하는 것이 중요합니다. 특히 고온 환경에서의 동작 특성을 반영하기 위해 다항식 또는 지수 함수 기반의 모델이 필요하며, 이는 회로 시뮬레이션의 정확도를 크게 향상시킵니다. 실제 소자의 측정 데이터를 기반으로 한 파라미터 추출 과정이 모델의 신뢰성을 결정하는 핵심 요소입니다.
    • 2. 온도 의존성 다항식 계수
      반도체 소자의 온도 의존성을 표현하는 다항식 계수는 광범위한 작동 온도 범위에서 정확한 시뮬레이션을 가능하게 합니다. 다항식 계수의 차수 선택은 모델의 정확도와 계산 복잡도 사이의 균형을 결정합니다. 일반적으로 1차 또는 2차 다항식이 충분하지만, 극저온 또는 극고온 환경에서는 더 높은 차수가 필요할 수 있습니다. 온도 계수의 추출 과정에서 측정 오차와 노이즈의 영향을 최소화하기 위해 통계적 방법론의 적용이 중요합니다. 또한 온도 범위별로 다른 계수 세트를 사용하는 분할 모델링 방식도 실용적인 대안이 될 수 있습니다.
    • 3. Verilog-A 회로 시뮬레이션 구현
      Verilog-A는 아날로그 회로 시뮬레이션을 위한 강력한 하드웨어 기술 언어로, SiC 다이오드와 같은 복잡한 반도체 소자의 모델링에 매우 적합합니다. Verilog-A를 통한 구현은 SPICE 시뮬레이터와의 호환성을 제공하며, 사용자 정의 모델의 유연성을 극대화합니다. 다만 수치 안정성과 수렴성을 확보하기 위해 신중한 코드 작성이 필요하며, 특히 미분 불연속성을 피하고 적절한 초기값 설정이 중요합니다. 시뮬레이션 성능 최적화를 위해 모델의 복잡도와 정확도 사이의 트레이드오프를 고려해야 하며, 광범위한 검증 과정을 통해 모델의 신뢰성을 확보해야 합니다.
    • 4. 반도체 전류 의존성 파라미터
      반도체 소자의 전류 의존성 파라미터는 순방향 전도 특성과 역방향 누설 특성을 결정하는 핵심 요소입니다. 이상 인자(ideality factor), 포화 전류(saturation current), 직렬 저항 등의 파라미터는 온도와 바이어스 조건에 따라 변화하며, 이러한 변화를 정확히 모델링하는 것이 중요합니다. SiC 다이오드의 경우 실리콘 소자와 다른 전류 메커니즘을 가지므로, 소자 특성에 맞는 파라미터 추출 방법론이 필요합니다. 측정 데이터의 신뢰성과 파라미터 추출 알고리즘의 수렴성이 최종 모델의 정확도를 결정하는 중요한 요소이며, 다양한 동작 조건에서의 검증을 통해 모델의 일반화 능력을 확보해야 합니다.
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