スパイスモデル解説：IGBTモデル編
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2010年12月10日に開催した「スパイスモデル解説：IGBTモデル編」で配布したテキストです。
![環境[スパイスモデル]デバイスモデリングサービススパイス・パーク www.spicepark.comシンプルモデル(NEW)[デザインキット]回路方式のテンプレートコンセプトキット(NEW)←2011年1月28日セミナーデザインキット回路解析シミュレータSpice 系回路解析シミュレータPSpice,LTspice,MultiSim,MicroCap,HSPICE,SmartSPICE,Simplorer, and so on3Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010](https://image.slidesharecdn.com/text10dec2010-101210074032-phpapp01/85/IGBT-3-320.jpg)
スパイスモデル解説：IGBTモデル編
- 1. スパイスモデル解説IGBTのスパイスモデル2010年12月10日(金曜日)1.IGBTのスパイスモデル1.1 ヘフナモデル(パラメータモデル)1.2 MOSFET+BJTモデル1.3 Simplorer独自パラメータモデル2.IGBTモデルとSiC SBDモデルを活用した シミュレーション2.1 PFC回路シミュレーション2.2 損失計算方法株式会社ビー・テクノロジーhttp://www.bee-tech.com/horigome@bee-tech.com1Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 2. 環境Mission of Bee Technologies2Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 3. 環境[スパイスモデル]デバイスモデリングサービススパイス・パーク www.spicepark.comシンプルモデル(NEW)[デザインキット]回路方式のテンプレートコンセプトキット(NEW)←2011年1月28日セミナーデザインキット回路解析シミュレータSpice 系回路解析シミュレータPSpice,LTspice,MultiSim,MicroCap,HSPICE,SmartSPICE,Simplorer, and so on3Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 4. www.bee-tech.com準備中2011年1月下旬公開予定4Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 5. スパイス・パーク http://www.spicepark.com/ 58種類のデバイス、3,585モデル(2010年12月10日現在)をご提供中。現在、グローバル版スパイス・パーク(2010年12月下旬にオープン)を準備中。2010年12月は、IGBTのスパイスモデルのライブラリーを充実中5Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 6. Bee Style:Bee Style:http://www.spicepark.com/ スパイス・パークのログイン後トップページにて、PDFでバックナンバーも含めPDF形式で参照及びダウンロード出来ます。6Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 7. IGBTのスパイスモデルの推移SPICEの世界Simplorerの世界Simplorer独自モデル7Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 8. IGBTのスパイスモデルの構成8Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 9. IGBT PSpice Model (ヘフナモデル) 等価回路図 GE(S)b(d)e5個のDC電流コンポーネントと6個の容量性電荷コンポーネントの構成です。C9Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 10. IGBT PSpiceModel (ヘフナモデル) パラメータ10Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 11. Saturation Characteristics(飽和特性)測定データ上記はPSpice Model Editorの画面シミュレーション結果11Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 12. Saturation Characteristics飽和特性を補正する事で、精度良くPSpice Modelを活用する事が出来ます12Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 13. MOSFET+BJT型モデル13Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 14. BJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式長所温度モデルを考慮したときの対策が可能(RC成分が抽出できる。ただし、実測データからの合わせこみが必要である)である。SPICEによるデバイス方程式がMOSとBJTなので、電気特性において影響するパラメータが想定できるし、補正は必要な特性はABMモデルの組み込みにより対応が容易である。短所BJTとMOSFETの双方の特性による因果関係から、パラメータの合わせこみが必要であり、高度なモデリング技術を必要とする。 ->PSpice AAO(最適化ツール)を活用する。14Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 15. BJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式IGBTモデルの等価回路図 (Bee Technologies Model)15Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 16. BJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式1. Ic-Vge characteristicにおけるパラメータの最適化 IGBTのgfeに関する特性は飽和領域において次のように表される。 μns: Surface mobility of electronsZ: Channel widthLCH: Channel lengthVTH: Threshold voltageVGE: Applied gate voltageCOX: Gate-oxide cap. Per unit areaαPNP: Current gain of the pnp transistor16Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 17. BJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式PSpice AAOMOSFETとBJTで前ページの方程式に関係するパラメータをPSpice AAOにて最適化する。(この例では、活性領域におけるコレクタ電流を決定するRCとその他のパラメータも一緒に最適化しているが、特性に関係しないパラメータは最適化を行っても変化が無い。 17Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 18. BJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式最適化されたパラメータ.MODEL MFIN03 NMOS (L=1e-6 W=1e-6 LEVEL = 3 VMAX=1.8469Meg+ THETA=4.832m VTO=5.0035 KP=630.2992m).MODEL QOUT03 PNP (IS=2.51e-016 NF=1.2194 BF=4.8832 CJE=6.10n +TF=17.0n XTB=1.3)MOSFETのETAはゲートチャージのシミュレーションにおいて誤差を与えるため、削除した。但し、コレクタ電流が小さい領域では誤差が大きくなる。これはMOSFETのモデル自体が小信号領域に対応していない為であり、別途補正回路が必要になる。(大信号領域で合わせ込みを行った場合、問題となる) 18Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 19. BJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式2. パラメータ補正後での、その他特性を実測と比較Ic-Vce(あるゲート電圧での)と出力特性(Vge-Vce、Ic-Vce)のシミュレーションを行い、実測あるいはデータシート記載値と比較し、誤差が大きいようであれば、再度必要なパラメータを最適化する。 3. ゲートチャージ特性(ゲート-ドレイン間容量特性)の補正Cgdの特性はVdgが正、負の値によってそれぞれ変化する。このため、実測とシミュレーションで誤差を生じる。よってG-D間に補正回路を付け加える。 19Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 20. Use Cgdmax(const.)SimulationUse DGD ParameterCJO=Cgdmax, M,VJMeasurementVDG>0VDG<0Fig2-6 Relation of Gate on Charge Characteristic and CGDBJT+MOSFETのサブサーキット構成を用いる方式ゲートチャージ特性でOFF期間～スイッチング期間を終了する期間までがVdg>0の期間のときで、Cgd-Vdg特性のカーブになっている領域である。スイッチング期間終了時～オン期間に入るとVdg<0となり、そのときCgdは一定値となる。ここで、Cgd-Vdg特性を表現するため、Vdg>0のとき、曲線部分、Vdg<0のとき、同図の一定容量成分Cgdmaxの値にし、Vdg=0V時のCgdmaxとCJOの値を一致させた特性に置き換える。 20Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 21. スイッチングタイムに関するパラメータの最適化スイッチングタイムにはBJTのTF、BF、ゲート抵抗RGで調整可能であるが、BFは最適化済なので、残り2つのパラメータで調整した。但し、この2つのパラメータだけではtrの合わせ込みが不可能だったので、ベース抵抗RBを挿入して合わせ込みを行った。RBを挿入することで、スイッチング時のシミュレーション収束エラーも抑えることができる。21Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 22. FWD(SPICEの世界)http://beetech-icyk.blogspot.com/2010/11/blog-post_22.html22Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 23. FWDダイオードに流れる電流iVLLの両端の電圧リカバリー現象の領域23Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 24. FWDダイオードに流れる電流iVLLの両端の電圧インダクタンスLの両端にVLの電圧が発生し、ノイズを引き起こす。24Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 25. FWD逆回復時間の定義(IFIR法)25Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 26. FWD IFIR法の世界ビヘイビア・モデル=等価回路モデル=プロフェッショナルモデルパラメータ・モデル=スタンダードモデルMeasurementMeasurement26Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 27. FWD 電流減少率didt法の世界ハード・リカバリー、ソフトリカバリーも表現出来る黄色線⇒ハード・リカバリー赤線⇒ソフト・リカバリー電流減少率didtモデル(=スペシャルモデルを採用)27Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 28. Simplorer独自パラメータモデル再現性のある電気的特性【IGBT】伝達特性飽和特性スイッチング特性出力特性【FWD】I-V特性逆回復特性← Simplorerの大きな特徴Simplorerの特徴収束性問題が発生しない。最新バージョンでは、PSpiceモデルが全て使用出来る(ABM含む)。28Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 30. Simplorer独自パラメータモデル: IGBT本体伝達特性飽和特性出力特性スイッチング特性30Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 31. Simplorer独自パラメータモデル: FWDIV特性順方向逆回復特性31Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 32. PFC回路シミュレーションIGBT+FWD富士電機1MBH50-060600V50ASiC SBDZERO RECOVERY RECTIFIER CreeCSD20060D600V20A32Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 33. PFC回路シミュレーション(損失計算の方法)33Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 34. LTspice(ファイルの移動)34Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 35. 回路解析シミュレーション及びデバイスモデリングの情報提供デバイスモデリング研究所(http://beetech-icyk.blogspot.com/)35Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
- 36. Bee Technologies Groupデバイスモデリングスパイス・パーク(スパイスモデル・ライブラリー) デザインキットコンセプトキット(準備中)デバイスモデリング教材【本社】株式会社ビー・テクノロジー〒105-0012 東京都港区芝大門二丁目2番7号 7セントラルビル4階代表電話: 03-5401-3851設立日:2002年9月10日資本金:8,830万円【子会社】Bee Technologies Corporation (アメリカ)Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド) 本ドキュメントは予告なき変更をする場合がございます。ご了承下さい。また、本文中に登場する製品及びサービスの名称は全て関係各社または個人の各国における商標または登録商標です。本原稿に関するお問い合わせは、当社にご連絡下さい。お問合わせ先)info@bee-tech.com36Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010