Download - Device Modeling of Simplorer Models
Simplorerモデルのデバイスモデリング
株式会社ビー・テクノロジー
http://www.bee-tech.com
Japan ANSYS Conference 2009G6
Index
1. ビー・テクノロジーの事業内容
2. 背景(シミュレーション環境)
3. Simplorerモデルのデバイスモデリング
• IGBT
• パワーMOSFET
• トランジスタ
ダイオードモデルは省略、FWD及びBody Diodeで解説
回路解析シミュレータ
デザインキット回路方式のテンプレート
モデル
1.事業内容
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
デバイスモデル、シミュレーションに関する月刊小冊子
1.事業内容
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売上
利益
累積コスト・投資
Break Even Time
(損益分岐点到達時間)
Time to Market
(商品開発時間)
Break Even After Release(販売開始後損益分岐点到達時間)
Time to Marketの短縮が売上、利益の増大と投資、コストの削減に直結する
開発開始 販売開始
具体的な施策としてシミュレーション技術の導入がある→1回でも試作回数を削減させるのが目的である
2.背景
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2.背景
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Designer
EDA
Device Model
Technology of
Simulation
2.背景
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回路開発実験室と同じ環境をコンピュータ上に創る
自分が良く採用するデバイスのデバイスモデル(SPICE MODEL)を最初から準備し、整備していく。
3.デバイスモデリングIGBTについてはモデリングツールが提供されている
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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
3.デバイスモデリングIGBT 本体
Simplorerの場合、モデルパラメータのみで表現出来るSPICEの場合、MOSFET+BJTの等価回路にてモデル化する
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81
83
RG
3.2
DBE
DE
DDS
DO
0
R1
100MEG
R210MEG
CGD250n
D1
DGD
1
2
+
-
+
-
S1S
VON = 0VVOFF = -100mV
ROFF = 1e12RON = 1m
+
-
+
-
S2S
VON = 0VVOFF = -100mV
ROFF = 1e12RON = 1m
82828282M1MFIN
E
G
RE
44.4u
CGE
165n
Q1QOUT
C
RC
400u
C1
85
VC0Vdc
IN+
IN-
OUT+
OUT-
E1
1*(-0.83913+0.70067*LOG10(I(VC)))EVALUE
C2
3.デバイスモデリング IGBT本体
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伝達特性 飽和特性
スイッチング特性
出力特性
3.デバイスモデリング IGBT FWD
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FW
D1
.I [A
]
-250.00
650.00
-100.00
0
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
2.9000m 2.9050m2.9015m 2.9025m 2.9035mt
Qrr
FWD...
IV特性順方向
逆回復特性
3.デバイスモデリング IGBT FWD
電流減尐率法でのtrr値Simplorerの場合、モデルパラメータのみで表現出来るそして、L負荷、インバータ回路のシミュレーションの収束性も良くリアルタイムにシミュレーション出来る。
SPICEの場合、等価回路にてモデル化する→非常に複雑な等価回路モデルの為、L負荷等では、非常に収束性が悪くなる。.OPTION等で回避をするが非常に困難である。
SPICEの弱点(逆回復特性)ダイオードのモデルパラメータ:TT測定方法がIFIR法でのtrr値
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3.デバイスモデリング IGBT FWD
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IF
IR
dt
diLVL
3.デバイスモデリング IGBT FWD
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i
VL
Lの両端の電圧
ダイオードに流れる電流
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。
dt
diLVL
3.デバイスモデリング IGBT FWD
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trr
IR
Qrr
t
IF
電流変化率di/dtが大きいとノイズの原因になる。
3.デバイスモデリング IGBT FWD
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ソフト・リカバリー⇒青色の線ハード・リカバリー⇒赤色の線
trr
IR
Qrr
t
IF
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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再現性のある電気的特性【MOSFET】伝達特性(Id-gfs特性)Vgs-Id特性Rds(on)特性ゲートチャージ特性スイッチング特性出力特性【ボディ・ダイオード】I-V特性逆回復特性← Simplorerの大きな特徴
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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TYPE_FET using “-1” for P- MOSTYPE_DYN using “1” for transientVBREAK_DS > V(BR)DSSVBREAK_GS > VGSSIBREAK > ID_maxTEMPBREAK > Tj_maxVNOM = Condition VDD: switching timeINOM = Condition ID: switching timeISAT0_FWD = 1.0E-15
パワーMOSFET:初期値を設定する
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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- TYPE_D using “2” for rev.rec exp-TEMPAMB and TEMP0 using “25 degree”
for nominal working point- VBREAK > V(BR)DSS- IBREAK > ID_max(mosfet)- TEMPBREAK > Tj_max(mosfet)- VNOM = Condition VDD: switching time(mosfet)- C0_JNCT = 3pF
ボディ・ダイオード:初期値を設定する
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Parameters Static Groups: Fitting values
Characteristics Parameters Meaning
Vgs-Id
VP0 Pinch-off Voltage at Ref.Temp.[V]
K0 Transistor Constant at Ref.Temp. [S/V]
N_FET Exponent of Transfer Characteristic
RDS(on)A_FET Saturation Factor
M_FET Saturation Exponent
IF-VF (Body
Diode)
M (1.35)ideality factor m*Ut
ISAT0 (1e-14)saturation current at TEMP0 [A]
RB (1m)serial resistance [Ohm]
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Vgs-Id CharacteristicParameters: VP0, K0, N_FET
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Rds(on) CharacteristicParameters: A_FET, M_FET
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Parameters Dynamic Groups: Fitting values
Characteristics Parameters Meaning
Gate Charge
C0_GS Gate Source Capacitance [F]
C0_DGDrain-Gate Reference
Capacitance [F]
CBD
C0_DBDrain-Bulk Reference
Capacitance [F]
VDIFF_DBDiffusion Potential of Drain-Bulk
Capacitance [V]
ALPHA_DB Capacitance Exponent Drain-Bulk
DELTA_DBMinimum Factor of Drain-Bulk
Capacitance
SW RG Gate Connector Resistance [Ohm]
Trr (Body Diode)
TAU (10n)eff. lifetime [s]
DELTA (0.9)tail form factor
SF (0.5)soft factor
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Gate Charge CharacteristicParameters: C0_GS, C0_DG
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Capacitance Characteristic:Cbd-Vsd特性Parameters: C0_DB, VDIFF_DB, ALPHA_DB, DELTA_DB
Cbd=Coss-Crss
3.デバイスモデリング パワーMOSFET
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Switching Time CharacteristicParameters: RG
3.デバイスモデリング トランジスタ
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再現性のある電気的特性hFE-Ic特性Vce(sat)-Ic特性Vbe(sat)-Ic特性出力特性C-B 容量特性E-B容量特性スイッチング特性
3.デバイスモデリング トランジスタ
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3.デバイスモデリング トランジスタ
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トランジスタ:初期値を設定する
TYPE_BJT using “1” for NPN TypeTYPE_DYN using “1” for transientBN0 = hFE (Typ.) for Normal Current GainBI0 = hFE (Typ.) for Inverse Current GainISAT0_FWD = 1.0E-15TEMPAMB, TEMP0 and TEMPJNCT0
using “25degree” for nominal working point VBREAK_CE > VCEOVBREAK_BE > VEBOIBREAK_C > IC_maxIBREAK_B > IB_maxTEMPBREAK > Tj_maxVNOM = Condition VCC: switching timeINOM = Condition IC: switching time
3.デバイスモデリング トランジスタ
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Parameters Static Groups: Fitting values
Characteristics Parameters Meaning
hFE BN0 Normal Current Gain
VCE(sat)
M0Ideality Factor of
Base Junction
RCCollector Connector
Resistance
VBE(sat)
ISAT0Saturation Current of
Base Junction
RBBase Connector
Resistance
OUTPUT VEARLYAbs. Value of Early
Voltage
3.デバイスモデリング トランジスタ
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hFE-IC CharacteristicsParameters: BN0
3.デバイスモデリング トランジスタ
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VCE(Sat)-IC CharacteristicsParameters: M0, RC
3.デバイスモデリング トランジスタ
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VBE(Sat)-IC CharacteristicsParameters: ISAT0, RB
3.デバイスモデリング トランジスタ
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Output CharacteristicsParameters: VEARLY
3.デバイスモデリング トランジスタ
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Parameters Dynamic Groups: Fitting values
Characteristics Parameters Meaning
C-B Capacitance
C0_BC Base-Collector Reference Capacitance
VDIFF_BC Diffusion Potential of BC Capacitance
ALPHA_BCCapacitance Exponent of BC
Capacitance
DELTA_BC Const. part of BC Capacitance
E-B Capacitance
C0_BE Base-Emitter Reference Capacitance
VDIFF_BE Diffusion Potential of BE Capacitance
ALPHA_BECapacitance Exponent of BE
Capacitance
DELTA_BE Const. part of BE Capacitance
Switching Time TAU_BE Carrier Lifetime BE junction
3.デバイスモデリング トランジスタ
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C-B Capacitance CharacteristicParameters: C0_BC, VDIFF_BC, ALPHA_BC, DELTA_BC
3.デバイスモデリング トランジスタ
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
E-B Capacitance CharacteristicParameters: C0_BE, VDIFF_BE, ALPHA_BE, DELTA_BE
3.デバイスモデリング トランジスタ
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
Switching CharacteristicsParameters: TAU_BE
1/2
3.デバイスモデリング トランジスタ
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Switching CharacteristicsParameters: TAU_BE
2/2
まとめ
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
回路解析シミュレーションのプロセスにおいて、デバイスモデリングの時間は、全体の90%を占めるよって、採用する部品のモデルは準備・整備しておく。
Simplorerの大きな特徴はパワーデバイスのシミュレーションにおいて、収束性に優れ、リアルタイムのシミュレーションが出来る。→FWD, ボディ・ダイオードは電流減尐率モデルであり、モデル解析精度が非常に良い
お問合わせ先)[email protected]
Bee Technologies Group
【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 (資本準備金:1,500万円)【子会社】Bee Technologies Corporation (アメリカ)Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド)
デバイスモデリングスパイス・パーク(デバイスモデル・ライブラリー)デザインキットデバイスモデリング教材