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PSpiceの活用方法 (2005年)

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2005年の講演した時の「PSpiceの活用方法」の資料です。一部、内容的に古いものもありますが、ご了承下さい。

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PSpiceの活用方法 (2005年)

  1. 1. PSpice の活用方法 回路解析シミュレーション導入で商品開発時間を短縮する All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 株式会社ビー・テクノロジー http://www.bee-tech.com/ “ デバイスモデリング” + “ 回路解析シミュレーション”
  2. 2. 講義の流れ All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 1. PSpice シミュレーションに必要不可欠な要素技術について 1.1 デバイスモデリング技術について 1.2 デバイスモデリングの種類について 1.3 シミュレーション技術について 2. PSpice シミュレーションに必要不可欠な環境について 2.1 デバイスモデルの整備について 2.2 回路解析シミュレーションのテンプレート集を準備する 2.3 デザインキットについて 3. PSpice を活用した事例 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  3. 3. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 エレクトロニクス業界・自動車業界の背景 アナログ回路 デジタル回路 デバイスモデル デバイスモデル 高周波回路 アナログ・デジタル混在回路+高周波回路及びモジュール化が最大の課題
  4. 4. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 Time to Market ( 商品開発時間 ) 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
  5. 5. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 EDA ツール シミュレーション 技術 デバイスモデル 回路設計者 個々の電子部品の デバイスモデル が必要不可欠である 回路解析シミュレーションの導入に必要な環境因子
  6. 6. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入前の姿 (1/4)
  7. 7. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入前の姿 (2/4)
  8. 8. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入前の姿 (3/4)
  9. 9. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入前の姿 (4/4)
  10. 10. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入前の姿
  11. 11. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入後の姿 回路解析シミュレーションを活用し、検証してから、実機を製作 を行う。試作回数を削減する。
  12. 12. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入の効果 コスト計算 前提条件: 3 名の設計者、 8 時間労働、 1 名の労務費用 5,000 円 / 時間、基板サイズ 8cm×15cm 単層基板: 250,000 円、多層基板: 650,000 円 単層基板の場合、 3 回の試作削減で 4,350,000 円の削減 、 30 日間の時間短縮 多層基板の場合、 7 回の試作削減で 12,900,000 円の削減 、 70 日間の時間短縮 デバイスモデル導入コスト 主要電子部品のデバイスモデル 13 個の費用: 1,000,000 円 回路シミュレーション + デバイスモデル採用時の効果 20,350,000 円 8,700,000 円 合計金額 13,200,000 円 7,200,000 円 労務費用 10 日 10 日 設計 サイクル 110 日間 60 日間 試作日数 7,150,000 円 1,500,000 円 基板製作費 11 回 6 回 試作 回数 基板の 種類 多層基板 単層基板 7,450,000 円 4,350,000 円 合計金額 4,800,000 円 3,600,000 円 労務費用 10 日 10 日 設計 サイクル 40 日間 30 日間 試作日数 2,600,000 円 750,000 円 基板製作費 4 回 3 回 試作 回数 基板の 種類 多層基板 単層基板
  13. 13. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路解析シミュレーション導入の効果 単層基板の場合 多層基板の場合 8,700,000 円⇒ 4,350,000 円 50% の削減効果 30 日間 の期間短縮 20,350,000 円⇒ 7,450,000 円 63% の削減効果 70 日間 の期間短縮
  14. 14. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について (1) 電子部品の選定⇒シミュレーションベースの選定 Shindengen/SF3L60U International Rectifier/HFA08TB60 Harris Semiconductor/RURD460 General Semiconductor/UF5406 Circuit Simulation
  15. 15. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について (2) クレーム解析、不具合の原因究明 正常波形 異常波形 50V/div 1mA/div 50V/div 1mA/div
  16. 16. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について (2) クレーム解析、不具合の原因究明 原因究明を解明する回路図 各部品のパラメータを振ることで、異常波形の原因を 追求した。原因となる部品を特定した。
  17. 17. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について (2) クレーム解析、不具合の原因究明 回路シミュレーションによる解析結果
  18. 18. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 電子部品サプライヤ企業におけるデバイスモデルの使い方 ( 半導体メーカー、受動部品メーカー、電池メーカー ) SPICE MODEL 営業支援 顧客お問い合わせ 対応の敏速化 クレーム 原因究明 付加価値が高い 販売促進 他社との差別化 市場優位 サプライヤ企業 前提条件: SPICE MODEL の技術と体制が必要である
  19. 19. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 お客様からのお問合わせの敏速化 (1) 依頼企業:照明メーカー 対象製品: AAAAAAA 質問事項: AAAAAAA を下記のような倍電圧電流で使用した場合で         Ta=85℃ の時、出力電流 Io は何 A になるのか。 回路シミュレーション活用での回答期間 :1 時間 従来とおりでの回答期間 :2 週間
  20. 20. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 お客様からのお問合わせの敏速化 (1)
  21. 21. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 Io=1.396[A] お客様からのお問合わせの敏速化 (1)
  22. 22. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 お客様からのお問合わせの敏速化 (2) 入力波形 蛍光灯電子起動回路 回路シミュレーション P=V*I
  23. 23. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 現状の姿 半導体メーカーの営業のスタイル
  24. 24. 新製品のデバイスが発売致しましたので、ご報告に参りました。以前よりも 性能が良くなっております。 電子機器メーカーの商談室 電子部品メーカー 営業担当者 回路設計技術者 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  25. 25. 新製品のデータシートとサンプルを持参致しました。是非、このデバイスのご採用をご検討下さい。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  26. 26. 確かにこのデバイスは特性が良くなっていますね。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  27. 27. 今日はお時間を頂き、ありがとうございます。是非、このデバイスのご採用をご検討下さい。 解りました。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  28. 28. 電子回路に組み込んだ時の特性が問題なんだよなあ。納期に追われる仕事が多くて、新規採用のデバイスの評価をしている時間も無いしなあ。 実際にこのデバイスを評価する為には、回路実験も何回か必要だし、 評価用のボードを作成し計測も必要になる。具体的な評価は出来ないなあ。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  29. 29. 納期に追われている仕事を早く終らせるぞ。 具体的な 評価もされず、忘れられていく デバイス All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  30. 30. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 序論 デバイスモデルを活用した営業のスタイル 半導体メーカー
  31. 31. 新製品のデバイスが発売致しましたので、ご報告に参りました。今日は、デバイスモデルを持参致しました。回路解析シミュレーションで評価する事が出来ます。 電子機器メーカーの商談室 電子部品メーカー 営業担当者 回路設計技術者 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  32. 32. このデバイスのアプリケーション回路の事例です。このようなデバイスの活用方法があります。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. なるほど。このような 回路に採用すると 効果的なのですね。
  33. 33. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ご覧なりたい所にカーソルを置くとその波形を見る事が出来ます。色々と回路条件を変えて、波形を確認する事が出来ます。
  34. 34. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. この CD-R にはデバイスモデルと応用回路のシミュレーション・ファイルが格納されております。是非、お考えの回路でこのデバイスの採用をご検討下さい。 自分の考えている回路で、御社のデバイスモデルを使い、評価したいと思います。
  35. 35. 今日はお時間を頂き、ありがとうございます。是非、このデバイスのご採用をご検討下さい。 解りました。 今日はありがとうございました。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 早速、試してみたい 回路があるぞ。
  36. 36. 回路解析シミュレーションかあ。デバイスモデルがあれば、シミュレーションは出来る。 早く、席に戻って、回路動作を確認したい。 回路実験とか評価用のボードを試作しなくても回路の波形が観察出来る こういう営業は、本当に助かる。このメーカーは凄いなあ。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  37. 37. 今考えている回路で提供されたデバイスモデルでシミュレーションをしてみよう。 30 分で観たい波形が全て確認出来た。これは使えるぞ All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  38. 38. 早速、自分の担当する回路で評価してみました。このデバイスの採用を検討したいと思います。 宜しくお願い致します。 All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
  39. 39. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. SPICE シミュレーションとは? 回路解析シミュレーションのデファクトスタンダードに SPICE と呼ばれている ものがあります。この SPICE はアメリカのカリフォルニア大学バークレイ校 (U.C.Berkeley) で開発されました。 S imulation P rogram with I ntegrated C ircuit E mphasis の頭文字です。 この名称の通り、集積回路をトランジスタ・レベルでシミュレーションする為の ソフトウェアですが、個別半導体回路、受動部品、フィルタ、伝送線路、バッテリー などもシミュレーションする事が出来ます。基本的なシミュレーションは、 DC 解析、 AC 解析、過渡解析 ( トランジェント解析 ) 等があります。 回路データをネット・リストと呼ぶテキストファイル形式でシミュレータに入力 致します。また、 SPICE で正確にシミュレーションする為には、 正確なデバイスモデル (=SPICE モデル ) を必要とします。 序論
  40. 40. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. デバイスモデルとは何か ? デバイスモデル (=SPICE モデル ) とは、電子部品 ( 半導体部品、受動部品等 ) の電気的振る舞いをコンピュータ上に表現するものです。このデバイスモデル は SPICE 記述となっています。デバイスモデルを製作するプロセス及び行為 をデバイスモデリングと呼んでおります。 回路解析シミュレーションの解析精度はデバイスモデル (SPICE モデル ) の 解析精度に依存致します。 序論
  41. 41. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. デバイスモデル・パラメータとは何か ? デバイスモデルは、パラメータで表現致します。基本素子 ( ダイオード、トランジスタ、 MOSFET 等 ) のパラメータであったり、ビヘイビア記述で表現したりします。ビヘイビア記述とは表や関数等で振る舞いを表現致します。 RS N IS .MODEL D1F60A D + IS=595.00E-12 + N=1.6000 + RS=18.700E-3 + IKF=1.1600 + CJO=51.100E-12 + M=.3231 + VJ=.525 + BV=600 + IBV=10.000E-6 + TT=7.1E-6 SPICE MODEL デバイスモデリング 序論
  42. 42. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 【 PSpice 最新事例 2005 】のご紹介 序論 PSpice にて回路シミュレーションを有効に活用する方法論、デバイスモデリングの考え方、回路シミュレーションの最新事例を 4 つ取り上げ、解説しています。回路シミュレーションのご理解に是非、ご活用下さい。 教材 CD-R の中にパワー・ポイント (334 枚 ) のファイルを始め、ご理解を深める為に各種動画も格納してあります。 CD-R の中には以下のファイルが格納されています。 (1) パワーポイント (334 枚 ) (2) 白色発光ダイオード順方向特性の映像 (3) 三波長白色発光ダイオードの赤色 LED 順方向特性の映像 (4) 三波長白色発光ダイオードの青色 LED 順方向特性の映像 (5) 三波長白色発光ダイオードの緑色 LED 順方向特性の映像 (6) 白色発光ダイオード順方向特性の周囲温度における経時変化の映像 (7) 白色発光ダイオード逆回復特性の周囲温度における経時変化の映像 (8) 一般ダイオード逆回復特性のケース温度における経時変化の映像 (9)DC モーター単独の負荷無しの波形映像 (10)DC モーターの負荷有りの制御回路の波形映像 目次 ( パワーポイント ) 序論 第 1 講 PSpice シミュレーションに必要な要素技術について 1. デバイスモデリング技術について 2. デバイスモデリングの種類について 3. シミュレーション技術について 第 2 講 PSpice シミュレーションを有効に活用する為の環境 1. デバイスモデルの整備について 2. シミュレーションのテンプレートについて 第 3 講 PSpice を活用した最新事例 1.RCC 方式電源回路のシミュレーション 2.PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション 3. 非昇圧白色発光ダイオード・ドライバーの温度依存性シミュレーション 4.DC モーター制御回路のシミュレーション 価格 21,000 円 ( 消費税込み )
  43. 43. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 1.1 デバイスモデリング技術について 1.2 デバイスモデリングの種類について 1.3 シミュレーション技術について 1. PSpice シミュレーションに必要不可欠な要素技術について
  44. 44. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 1.1 デバイスモデリング技術について 半導体 受動部品 デバイスモデリング開発のプロセス .SUBCKT U4SBA60 1 2 3 4 D1 2 1 U4SBA60A D2 3 2 U4SBA60A D3 3 4 U4SBA60A D4 4 1 U4SBA60A .MODEL U4SBA60A D + IS=939.00E-12 + N=1.6000 + RS=11.900E-3 + IKF=1.7400 + CJO=79.200E-12 + M=.3231 + VJ=.525 + BV=600 + IBV=10.000E-6 + TT=9.2E-6 .ENDS 電子部品測定 特性の把握 SPICE MODEL 数学 ( 微分・積分 ) 半導体物性 測定技術 等価回路開発 電子部品動作 ・半導体 ・一般電子部品 電子回路技術 データ解析技術 コンピュータ技術 計測器制御技術 デバイスモデリング 測定データ⇒デバイスモデル モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 デバイス モデリング 確立 評価 数学 ( 微分・積分 ) 半導体物性 電子部品動作 等価回路開発 電子回路技術 測定技術 計測器制御技術 コンピュータ技術 データ解析技術 【デバイスモデリングのプロセス】
  45. 45. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 デバイス モデリング 確立 数学 ( 微分・積分 ) 半導体物性 電子部品動作 等価回路開発 電子回路技術 測定技術 計測器制御技術 コンピュータ技術 データ解析技術 ケース・スタディ 【フォトカプラ場合】 ① 入力側ダイオードの理論 ② 出力側トランジスタの理論 ③ 伝達特性の理論 1.1 デバイスモデリング技術について
  46. 46. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ① 入力側ダイオードの理論 k: ボルツマン定数 (1.38×10^-23)[J/K] T: 絶対温度 [K] IS: 飽和電流 [A] q: 電子の電荷量 (1.6×10^-19)[C] N: エミッション係数 V>0 の時 1.1 デバイスモデリング技術について
  47. 47. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ① 入力側ダイオードの理論 0> V>-BV(BV: ブレークダウン電圧 ) の時 Vd<-BV の時 1.1 デバイスモデリング技術について
  48. 48. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ① 入力側ダイオードの理論 CJO Junction capacitance Theory SPICE VJ FC*VJ Forward diode voltage Reverse diode voltage 1.1 デバイスモデリング技術について
  49. 49. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ① 入力側ダイオードの理論 Ir/If=1 の場合 TT=1.44*trr trr: 逆回復時間 [sec] ビー・テクノロジーの経験式 1.1 デバイスモデリング技術について
  50. 50. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ① 入力側ダイオードの理論 trj と trb の関係図 1.1 デバイスモデリング技術について
  51. 51. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ② 出力側トランジスタの理論 Evers-Moll モデル Gummel-Poon モデル 出力トランジスタで持たせたい機能 Transistor Saturation Characteristics Switching Time Characteristics フォトカプラのデバイスモデルを考えた場合、機能要件、回路に組み込んだ 場合での収束性も踏まえて、 Evers-Moll モデルを採用する。 1.1 デバイスモデリング技術について
  52. 52. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ② 出力側トランジスタの理論 Evers-Moll モデルについて 古いモデルであるが、簡易的なモデルであり、厳密さを要求しない場合には、 活用出来る。また、物理動作との関係性も良く、外部端子からの測定による 抽出がしやすい為、現在でも使われている事がある。しかし、寸法の微細化 により、改良型である Gummel-Poon モデルが主流になりつつある。 株式会社ビー・テクノロジーでは、 フォトカプラの出力トランジスタ に、 Evers-Moll モデルを採用している。 【 Evers-Moll モデルの弱点】 ① 2 次的効果が表現出来ない。 ② 容量モデルが加味されていない。 1.1 デバイスモデリング技術について
  53. 53. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ② 出力側トランジスタの理論 Evers-Moll モデルについて 1.1 デバイスモデリング技術について
  54. 54. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 ② 出力側トランジスタの理論 Evers-Moll モデルについて (Vbe>0,Vbc<0) (Vbe<0,Vbc>0) 1.1 デバイスモデリング技術について
  55. 55. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 伝達特性をどのように等価回路で表現する事が最大のポイントである CTR(Current Transfer Ratio) CTR を回路で表現しなければならない。 ⇒ SPICE 記述で表現する為 1.1 デバイスモデリング技術について
  56. 56. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 1.1 デバイスモデリング技術について
  57. 57. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 1.1 デバイスモデリング技術について I F
  58. 58. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 IB=I(V1)*(V(E_IF)/A)/hFE アナログ・ビヘイビア素子を活用し、増幅度を表現する 1.1 デバイスモデリング技術について
  59. 59. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 蓄積時間の表現 ① 電流が流れると RBE が動作する ② Q1 にある蓄積された電荷を RBE で逃がすようにする ③ RBE のパラメータで蓄積時間を変更出来るようにする 1.1 デバイスモデリング技術について
  60. 60. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 1.1 デバイスモデリング技術について
  61. 61. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 1.1 デバイスモデリング技術について
  62. 62. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 入力ダイオードの逆回復時間の測定方法 TT パラメータは、 IFIR 法で trr を測定しなければならない。 Tektronix TDS3054B DIGITAL PHOSHOR OSCILLOSCOPE KENWOOD PA250-0.42A REGULATED DC POWER SUPPLY (Forward Side) KENWOOD PA36-3A REGULATED DC POWER SUPPLY (Reverse Side) 逆回復特性試験回路 ( 株式会社ビー・テクノロジー製 ) 逆回復特性試験機器は汎用測定計測機器が無い為、内製化致しました 1.1 デバイスモデリング技術について
  63. 63. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION1 LED IV Curve Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  64. 64. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION1 LED IV Curve Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  65. 65. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION2 Transistor Saturation Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  66. 66. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION2 Transistor Saturation Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  67. 67. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION3 CTR Ratio Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  68. 68. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION3 CTR Ratio Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  69. 69. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION4 Switching Time Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  70. 70. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。 EVALUATION4 Switching Time Characteristics 1.1 デバイスモデリング技術について
  71. 71. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 抽出方法は、どのように各種パラメータを決定していくと、デバイスの機能要件 を満足させるかという最適化を行います。つまり、デバイスモデリングの手順を 決定していきます。 フォトカプラのデバイスモデルのプロセスは、 25 あり、これらの順序を、誤ると、 最適解には辿り着く事が出来ません。 経験則と試行錯誤で、プロセスを決定します。 【理由】 パラメータが、各種電気的特性において、独立している場合は、問題は ありません。現実のデバイスでは、それぞれの電気的特性において、 パラメータが相関関係を持っているため、プロセスの最適化が、重要に なります。 1.1 デバイスモデリング技術について
  72. 72. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 1.2 デバイスモデリングの種類について DC モーター 半導体部品 受動部品 バッテリー DC モーター
  73. 73. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 現在提供しているデバイスモデル ( 半導体部品 ) 一般ダイオード / スタンダードモデル 一般ダイオード / プロフェッショナルモデル 一般ダイオード / スペシャルモデル ショットキ・バリア・ダイオード ショットキ・バリア・ダイオード / プロ ツェナ・ダイオード Junction FET MOSFET/ スタンダードモデル MOSFET/ プロフェッショナルモデル パワー MOSFET/ スタンダードモデル パワー MOSFET/ プロフェッショナルモデル トランジスタ パワー・トランジスタ ダーリントン・トランジスタ パワー・サーミスタ サイリスタ IGBT ボルテージ・リファレンス ボルテージ・レギュレータ シャント・レギュレータ PWM IC オペアンプ CMOS オペアンプ コンパレータ CMOS コンパレータ サイダック フォトカプラ フォト・ダイオード レーザー・ダイオード 発光ダイオード 光送信モジュール 光受信モジュール シリコン・サージ・クランパ サージ・アブソーバ バリスタ TFD(Thin Film Diode) A-Si TFT Poly-Si TFT デジタルデバイス ( 一部 ) 39 種類 2005 年 5 月 26 日現在 1.2 デバイスモデリングの種類について 有償評価版を準備しております。お問合わせ下さい。
  74. 74. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 現在提供しているデバイスモデル ( 受動部品 ) セラミックコンデンサ 電解コンデンサ フィルムコンデンサ インダクタ インダクタ / 直流重畳特性モデル 抵抗器 トランス コモン・モード・チョーク・コイル / スタンダードモデル コモン・モード・チョーク・コイル / プロフェッショナルモデル チョーク・コイル チョーク・コイル / 直流重畳特性モデル コア 白熱電球 ハロゲンランプ 【開発中のデバイスモデル】 スピーカー マイクロフォン 14 種類 2005 年 5 月 26 日現在 1.2 デバイスモデリングの種類について
  75. 75. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 現在提供しているデバイスモデル ( バッテリー ) リチウムイオン電池 ( 付加抵抗一定モデル ) リチウムイオン電池 ( 付加抵抗可変モデル ) リチウム電池 ( 付加抵抗一定モデル ) リチウム電池 ( 付加抵抗可変モデル ) ニッケルマンガン電池 ( 付加抵抗一定モデル ) ニッケルマンガン電池 ( 付加抵抗可変モデル ) ニッケル水素電池 ( 付加抵抗一定モデル ) ニッケル水素電池 ( 付加抵抗可変モデル ) アルカリ電池 ( 付加抵抗一定モデル ) アルカリ電池 ( 付加抵抗可変モデル ) オキシライド電池 ( 付加抵抗一定モデル ) オキシライド電池 ( 付加抵抗可変モデル ) 開発中のデバイスモデル 太陽電池 燃料電池 12 種類 1.2 デバイスモデリングの種類について 2005 年 5 月 26 日現在
  76. 76. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. デバイスモデルの種別について 大きく分類すると、 2 つに区分出来ます。 ① パラメータ・モデル ⇒ デバイスモデル記述をパラメータのみで、表現します。単体のダイオード、 ショットキ・バリア・ダイオード MOSFET 、トランジスタ、 Junction FET 、 a-Si TFT 、 poly-Si TFT などのデバイスがモデルパラメータで表現されています。 但し、上記デバイスの場合でも、特定の電気的特性を持たせる為に、パラメータ・モデルをメインとして、周辺に、等価回路を組み込み、 ビヘイビアモデルとして、表現する場合もあります。 ② ビヘイビア・モデル = 等価回路モデル = マクロモデル ⇒ デバイスの電気的表現を、ビヘイビア素子などを活用し、等価回路でデバイス を表現しているモデルです。上記以外 ( 大部分 ) のデバイスモデルは、ビヘイビア・ モデルで表現されています。 1.2 デバイスモデリングの種類について
  77. 77. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. パラメータ・モデルの事例 ( 一般ダイオード ) *$ *Part number:SF20LC30 *Manufacturer:SHINDENGEN *All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. .MODEL SF20LC30 D + IS=85.678E-6 + N=3.1502 + RS=6.8466E-3 + IKF=1.0882 + CJO=309.32E-12 + M=.41724 + VJ=.53477 + ISR=0 + BV=300 + IBV=250.00E-9 + TT=11.542E-9 *$ 1.2 デバイスモデリングの種類について
  78. 78. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. パラメータ・モデルの事例 ( 一般ダイオード ) 1.2 デバイスモデリングの種類について
  79. 79. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル ) 逆回復特性を考慮したダイオード・モデルはどんなデバイスに有効か? パワー・エレクトロニクス回路で採用されるダイオード ⇒ 特にスイッチング時間の影響度合いが強い用途 ⇒ メインのデバイスに影響を与えるダイオード IGBT の FWD POWER MOSFET のボディ・ダイオード 1.2 デバイスモデリングの種類について
  80. 80. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル ) パラメータ・モデル COMPONENTS: DIODE/ GENERAL PURPOSE RECTIFIER PART NUMBER: 1SR139-400 MANUFACTURER: ROHM *$ * PART NUMBER: 1SR139-400 * MANUFACTURER: ROHM * VRM=400,Io=1.0A=IFSM=40A * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2004 .MODEL 1SR139-400 D + IS=11.797E-12 + N=1.3533 + RS=52.928E-3 + IKF=.20632 + ISR=0 + CJO=22.539E-12 + M=.36819 + VJ=.46505 + BV=400 + IBV=10.000E-6 + TT=7.6751E-6 .ENDS *$ *$ * PART NUMBER: 1SR139-400 * MANUFACTURER: ROHM * VRM=400,Io=1.0A=IFSM=40A * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2004 .SUBCKT D1SR139-400 A K R_R2 5 6 3500 R_R1 3 4 1 C_C1 5 6 100p E_E1 5 K 3 4 1 S_S1 6 K 4 K _S1 RS_S1 4 K 1G .MODEL _S1 VSWITCH Roff=50MEG Ron=1m Voff=90mV Von=100mV G_G1 K A VALUE { V(3,4)-V(5,6) } D_D1 2 K D1SR139-400 D_D2 4 K D1SR139-400 F_F1 K 3 VF_F1 1 VF_F1 A 2 0V .MODEL D1SR139-400 D + IS=11.801E-12 + N=1.3533 + RS=52.928E-3 + IKF=.20632 + ISR=0 + CJO=22.539E-12 + M=.36819 + VJ=.46505 + BV=400 + IBV=10.000E-6 + TT=3.8551E-6 .ENDS *$ ビヘイビア・モデル = 等価回路モデル 1.2 デバイスモデリングの種類について
  81. 81. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル ) 逆回復時間の定義 1.2 デバイスモデリングの種類について
  82. 82. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル ) パラメータ・モデル ビヘイビア・モデル = 等価回路モデル 1.2 デバイスモデリングの種類について Measurement Measurement
  83. 83. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル ) 【解析精度について】 ビヘイビア・モデル = 等価回路モデル 1.2 デバイスモデリングの種類について
  84. 84. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) このモデルは、デバイス自体の特性よりも外部回路による 電流減少率を如何に表現するかがポイントとなる。 電流減少率は、構成される回路定数で決定される為である。 モデルの等価回路において、外部回路により決定される 電流減少率を検出し、それをデバイス自体の振る舞いに 反映させる機能を持たせなければならない。 1.2 デバイスモデリングの種類について
  85. 85. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) 等価回路のポイント trb 期間中の時定数 1.2 デバイスモデリングの種類について
  86. 86. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) 1.2 デバイスモデリングの種類について I F I R
  87. 87. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) i V L L の両端の電圧 ダイオードに流れる電流 リカバリー現象の領域 1.2 デバイスモデリングの種類について
  88. 88. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) i V L 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。 1.2 デバイスモデリングの種類について
  89. 89. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) t rr I R Q rr t I F 電流変化率 di/dt が大きいとノイズの原因になる。 1.2 デバイスモデリングの種類について
  90. 90. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) ソフト・リカバリー⇒青色の線 ハード・リカバリー⇒赤色の線 t rr I R Q rr t I F 1.2 デバイスモデリングの種類について
  91. 91. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ビヘイビア・モデルの事例 ( 一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル ) 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 1.2 デバイスモデリングの種類について
  92. 92. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. デバイスモデリング教材 1.2 デバイスモデリングの種類について ダイオード・モデル編 ダイオード・モデル + ノイズ・シミュレーション編 逆回復特性 (trj+trb=trr) を考慮したダイオード・モデル編 パワー MOSFET ・モデル編 (Ver.1.3) バイポーラ・ジャンクション・トランジスタ編 デバイスモデリングの学習にご活用下さい。 詳細は、株式会社ビー・テクノロジーの WEB サイトをご覧下さい。 http://www.bee-tech.com/
  93. 93. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 1.3 シミュレーション技術について EDA ツール シミュレーション 技術 デバイスモデル 回路設計者 個々の電子部品の デバイスモデル が必要不可欠である
  94. 94. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ① 回路が間違っていても回路解析結果を計算してしまう。   ⇒回路動作について理解していなければならない。 ② デフォルト ( 理想素子 ) のデバイス・モデル (SPICE モデル ) を採用すれば、   理想の解析結果を計算してしまう。実際の解析結果とは波形が明らかに   違う。   ⇒自分が取り扱うデバイスのデバイス・モデル (SPICE モデル ) を採用する     必要がある。 ⇒ つまり、実際の回路を構成するデバイス ( または等価的な回路 ) を採用すれば、   現実と整合性がとれた回路解析結果が得られる。 回路解析シミュレーションの注意点 1.3 シミュレーション技術について
  95. 95. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. FCC(Forward Coupling Converter) Output Voltage=5(V),Output Current=2(A) 1.3 シミュレーション技術について
  96. 96. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. TR1 が ON した時に D1 が ON して負荷に電流を流します。 TR1 が OFF した時にチョークコイルに溜まったエネルギーを D2 を通過し負荷に供給します。 FCC(Forward Coupling Converter) について 1.3 シミュレーション技術について
  97. 97. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. FCC(Forward Coupling Converter) について Tr1 が ON の場合 ON ON 1.3 シミュレーション技術について
  98. 98. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. FCC(Forward Coupling Converter) について Tr1 が OFF の場合 1.3 シミュレーション技術について OFF ON
  99. 99. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路モデルの考え方 等価的に回路モデルを考える 1.3 シミュレーション技術について
  100. 100. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路解析シミュレーションに必要なシミュレーション技術の考え方 トランス 2 次側入力波形をパルス電源で表現する 整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードを忠実に再現する チョークコイルを等価的に考える コンデンサの等価回路を考える 配線長の影響を考慮する 1.3 シミュレーション技術について
  101. 101. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. トランスの入力波形の考え方 トランス 2 次側入力波形をパルス電源 に置き換えます。 実際の回路基板があれば、オシロスコープでトランス 2 次側入力波形を 確認し、その波形をパルス電源に置き換えます。 1.3 シミュレーション技術について
  102. 102. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. トランス 2 次側入力波形をパルス電源に置き換える V1: 初期電圧 V2: パルス電圧 TD: 遅延値 TR: 立ち上がり時間 TF: 立ち下がり時間 PW: パルス幅 PER: 周期値 1.3 シミュレーション技術について
  103. 103. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードのモデル ここでのポイントは、逆回復特性の表現です。通常のダイオード・モデル パラメータでは正確に逆回復特性を表現する事が出来ません。ここでは、 プロフェッショナル・モデルを採用致します。 Simulation Measurement プロフェッショナルモデルとは、逆回復特性 (trj,trb) を忠実に再現した等価回路モデルです。 1.3 シミュレーション技術について
  104. 104. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. チョークコイルの考え方 チョークコイルは等価的に考えます。本格的にシミュレーションする場合は、 周波数を考慮した等価回路モデルが必要になります。ここでは、特に回路 に影響する要因を考え、等価モデルを作成します。 C4 を追加する事で、回路による影響要因を 加える事が出来ます。 1.3 シミュレーション技術について
  105. 105. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. コイルの等価回路の考え方 ( 周波数を考慮する ) 1.3 シミュレーション技術について
  106. 106. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. コンデンサをどのように表現するか コンデンサの内部には ESR と ESL が存在します。回路動作に ESR 及び ESL が影響する場合は、回路図上に無くても、回路解析シミュレーション をする場合は、具体的な値を入れなくてはいけません。 ESR 値及び ESL 値 をサプライヤー企業にお問合わせするか。プレシジョン・インピーダンス・ アナライザで計測を行う必要があります。 1.3 シミュレーション技術について
  107. 107. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. コンデンサの等価回路の考え方 ( 周波数を考慮する ) コンデンサの種類により、 ESR 値及び ESL 値には傾向があります。 その特性も考慮しなければなりません。 1.3 シミュレーション技術について
  108. 108. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 配線長を考慮し、反映させる 配線長の影響が回路動作に与える場合、配線長のインダクタンス値は 回路図にはありませんが、配線長のインダクタンス成分を負荷しなければ なりません。この回路の場合、特に影響度合いが強い箇所に配線長の値 を入れております。 L5 のインダクタンスは配線長です。 1.3 シミュレーション技術について
  109. 109. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路解析シミュレーション Simulation Settings Analysis type:Time Domain(Transient) Run to time=50m(sec) Step Size=1m(sec) 1.3 シミュレーション技術について
  110. 110. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路解析シミュレーション 収束問題について 回路解析シミュレーションにおいて、収束問題に直面します。回避方法は、 回路図を工夫するか。もしくは .OPTION で回避するかの 2 通りがあります。 実際には .OPTION で回避します。 .OPTION で回避出来ない場合は、 回路図上に問題があると考えた方がいいです。 この回路解析シミュレーションの場合は、下記のように設定します。 .OPTION RELTOL=0.01 VNTOL=1m ABSTOL=1n GMIN=1E-10 ITL1=500 ITL2=200 ITL4=40 1.3 シミュレーション技術について
  111. 111. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 出力電圧 出力電圧が目的の 10(V) である事を確認します。また、シミュレーション結果 より、 6m(sec) 以降に出力電圧が安定している事が確認出来ます。 1.3 シミュレーション技術について
  112. 112. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 出力電流 出力電流が目的の 2(A) である事を確認します。また、シミュレーション結果 より、 6m(sec) 以降に出力電流が安定している事が確認出来ます。 Trace I(RL) 1.3 シミュレーション技術について
  113. 113. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードにおける突入電流が確認出来ます。 Trace I(X_U1.VF_F1)= 整流側ダイオードの電流 Trace I(X_U2.VF_F1)= フライホイール側ダイオードの電流 整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードにおける突入電流 1.3 シミュレーション技術について
  114. 114. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードにおける突入電流 過渡解析における 0m(sec) から 8m(sec) の拡大図です。 Trace I(X_U1.VF_F1)= 整流側ダイオードの電流 Trace I(X_U2.VF_F1)= フライホイール側ダイオードの電流 1.3 シミュレーション技術について
  115. 115. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 整流側ダイオードの損失シミュレーション 損失の計算方法 Trace AVG(V(U1:A,C2:1)*I(X_U1.VF_F1)) で波形を表示させ、カーソル機能で数値を読み取ります。 整流側ダイオードの損失は、 4.6595(W) でした。 1.3 シミュレーション技術について
  116. 116. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. フライホイル側ダイオードの損失シミュレーション 損失の計算方法 Trace AVG(V(U2:A,U2:K)*I(X_U2.VF_F1)) で波形を表示させ、カーソル機能で数値を読み取ります。 フライホイル側ダイオードの損失は、 15.259(W) でした。 1.3 シミュレーション技術について
  117. 117. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 出力ノイズの検証 出力ノイズ波形を観察する事が出来ます。 1.3 シミュレーション技術について
  118. 118. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ① 回路技術の理解が必要不可欠である。 ② 回路図には描かれていない要因も考慮する必要がある。 ③ シミュレーション技術 = デバイスモデリング技術に近い。 シミュレーション技術を向上させる為には、どうすればいいか。 ⇒ 経験豊富なエンジニアと一緒になって、または、指導を 受けながら、回路解析シミュレーションを行う。 1.3 シミュレーション技術について
  119. 119. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2.1 デバイスモデルの整備について 2.2 回路解析シミュレーションのテンプレート集を準備する 2.3 デザインキットについて 2. PSpice に必要不可欠な環境について EDA ツール シミュレーション 技術 デバイスモデル 回路設計者
  120. 120. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2.1 デバイスモデルの整備について 回路解析シミュレーションを行う場合には、 EDA ツール が先ず必要です。 その次に、自分が回路設計を行う際に 採用したいデバイスモデルを準備 しなくてはなりません。 つまり、 材料表ベースでの部品 ( デバイス ) のデバイスモデル を入手する 必要があります。 回路解析シミュレーションの解析精度は、デバイスモデルの精度に起因 する為、デバイスモデルを先ず、整備する必要があります。 ここでの EDA ツールは、 PSpice を想定しております。
  121. 121. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 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。 2.1 デバイスモデルの整備について 【株式会社ビー・テクノロジーの調査結果】 回路設計者が頻繁に取り扱うデバイスの 平均は 19.5 個 である。
  122. 122. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 整備するべきデバイスモデル デバイスモデルのデータだけではなく、そのデバイスモデルのバックグランド のデータが必要になる。 採用するデバイスモデルがどの程度の解析精度なのかを事前に知る必要 があります。 実際のデバイスとどのくらいの整合性・再現性をもっているかを把握しなければ なりません。 デバイスモデル バックグランドのデータ + 2.1 デバイスモデルの整備について
  123. 123. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. バックグランドのデータについて ( 事例 ) COMPONENTS : OPERATIONAL AMPLIFIER (CMOS) PART NUMBER : NJU7007 MANUFACTURER : 新日本無線株式会社 2.1 デバイスモデルの整備について
  124. 124. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. *$ *PART NUMBER: nju7007 *MANUFACTURER: NEW JAPAN RADIO *CMOS OPAMP *All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Corporation 2004 .SUBCKT nju7007 IN- IN+ VDD VSS OUT M1 2 IN- 3 VDD MbreakPD3 M2 2 IN+ 4 VDD MbreakPD2 M3 VDD 1 2 VDD MbreakPD M4 VDD 1 5 VDD MbreakPD ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(省略)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ .MODEL MbreakPD3 PMOS (LEVEL=3 L=6u W=0.0963 VTO=-1.5 + RS=10.0E-3 RD=10.00E-3 RDS=1.14800E6 TOX=2E-6 CGSO=4.000E-12 + CGDO=1.000E-12 CBD=0.400E-8 RG=5 RB=1.0000E-3 KP=1E-6) .ENDS nju7007 .SUBCKT DbreakZ A K D1 A K DF DZ A2 A DR VZ K A2 1 .MODEL DF D .MODEL DR D .ENDS DbreakZ *$ 2.1 デバイスモデルの整備について
  125. 125. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Output Voltage Swing VOH 2.1 デバイスモデルの整備について VOL
  126. 126. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Input Current 2.1 デバイスモデルの整備について
  127. 127. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Input Offset Voltage 2.1 デバイスモデルの整備について
  128. 128. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Open loop Voltage Gain 2.1 デバイスモデルの整備について
  129. 129. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Common-Mode Rejection Ratio 2.1 デバイスモデルの整備について
  130. 130. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Slew Rate Slew Rat e = Slope of output = (2.6739-391.304m)/(76.362u-53.637u) = 0.1 V/us 2.1 デバイスモデルの整備について
  131. 131. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路解析シミュレーションにおける全体時間の割合について 採用回路: FET スナバー型 RCC 回路 仕様:入力 AC90-132(V) 出力 DC16(V),2.8A,f=50-110kHz 2.1 デバイスモデルの整備について
  132. 132. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. ○ 起動特性 ○ 動作波形検証 ○ 垂下特性 ○ 主スイッチ損失計算 ○ ダイオード損失計算 ○ 過渡応答特性   対入力   対負荷 2.1 デバイスモデルの整備について
  133. 133. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 波形比較 Vds , Id , Vgs ( Q101 ) 全負荷 実測 2us/div 2us/div Simulation 100V/div 2A/div 5V/div 50V/div 1A/div 2.5V/div 2.1 デバイスモデルの整備について
  134. 134. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 波形比較 Vds , Id , Vgs ( Q101 ) 軽負荷 2.1 デバイスモデルの整備について
  135. 135. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 波形比較   I ( C108 ) 全負荷 2.1 デバイスモデルの整備について
  136. 136. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 波形比較   I ( C108 ) 軽負荷 2.1 デバイスモデルの整備について
  137. 137. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 波形比較   V ( D222-A ) 全負荷 2.1 デバイスモデルの整備について
  138. 138. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路解析シミュレーションにおける全体時間の割合 ① デバイスモデルの整備 ( 1 ヶ月間 ) ② PSpice Capture CIS ⇒ 回路図作成で 10 分間 ③ PSpice による回路設計及び波形検証 ⇒ 設計とシミュレーション検証で 110 分間 回路解析シミュレーションを活用しないで、試作を繰り返しながら、 回路設計をした場合、 2 ヶ月間 ⇒ デバイスモデルが最初から整備されていれば、 2 時間で回路設計   業務が終了する。 2.1 デバイスモデルの整備について
  139. 139. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. デバイスモデルの有効的な環境 シミュレーションベースの部品選定 ⇒ 検証済みデバイスモデルを データベース で持つ。 2.1 デバイスモデルの整備について 人間可読から機械可読へ Shindengen/SF3L60U International Rectifier/HFA08TB60 Harris Semiconductor/RURD460 General Semiconductor/UF5406 Circuit Simulation
  140. 140. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 【株式会社ビー・テクノロジーの計画】 2.1 デバイスモデルの整備について スパイス・パーク 回路設計者を対象に、スパイス・パークの発売を計画しています。 発売予定日は、 2005 年 10 月 5 日です。 スパイス・パークとは、デバイスモデル ( スパイスモデル ) のデータベース です。 詳細が決まり次第、告知していきます。 スパイス・パークは株式会社ビー・テクノロジーの商標登録です。
  141. 141. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2.2 回路解析シミュレーションのテンプレート集を準備する 回路解析シミュレーションを効果的に活用する方法 ① 解析したい回路に合ったデバイス・モデルを活用する。   ⇒目的に合ったデバイス・モデルを活用する。単純な解析なのか、温度を     考慮しなければいけないのか、ノイズを解析したいのか。 ② テンプレート集 を持つ 大規模回路や、実績の無い回路の回路解析シミュレーションを行うと、必ずと 言っていいほど、エラーが表示されてしまいます。また、エラーの原因を明確 にする事は困難を極めます。 (1) 最初は小規模回路を作り実績を積む。 (2) 回路を構成する素子数 ( デバイス数 ) を増やしていく。 ⇒ 動作実績のあるサンプル回路をテンプレート集として、保有し、変更しながら   目的の回路図に近づけて行くのが効果的な方法です。
  142. 142. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2.3 デザインキットについて ゼロから回路解析シミュレーションを行うのは大変です。 回路解析シミュレーションのテンプレート集としてご利用下さい。 現在、ご提供しているデザインキットは 4 種類です。 Forward Coupling Converter(FCC 回路 ) Ringing Choke Converter(RCC 回路 ) 低損失リニアレギュレータ 高精度リニアレギュレータ 【内容】 デバイスモデル ( スパイスモデル ) 回路図シンボル デバイスモデリング・レポート 回路解析シミュレーションに必要な全てのファイル 回路解析シミュレーションの解説書 ( 考え方 ) ご購入のその日から、回路解析シミュレーションを行う事が出来ます。 デザインキットは、 PSpice で動作致します。
  143. 143. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2.3 デザインキットについて Forward Coupling Converter(FCC 回路 ) Ringing Choke Converter(RCC 回路 ) 低損失リニアレギュレータ 高精度リニアレギュレータ デザインキットは、 PSpice で動作致します。
  144. 144. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2.3 デザインキットについて 現在開発中のデザインキットの回路方式について (25 回路方式 ) 降圧チョッパ 昇圧チョッパ 昇降圧チョッパ フォワード フライバック フルブリッジ ハーフブリッジ プッシュプル CUK SEPIC ZETA 絶縁 CUK 電圧共振 電流共振 共振 E 級共振 複共振 アクティブクランプ 位相シフト 同期整流 電流モード 力率改善 マルチフェーズ 電流型 三相フルブリッジインバータ 2005 年 6 月 15 日現在
  145. 145. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 3. PSpice を活用した事例 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  146. 146. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  147. 147. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. この回路シミュレーションの場合、 PWM IC のデバイスモデリング がポイントとなります。 如何にして PWM IC の機能を等価回路に盛り込むか。を検討して いきます。 等価回路の開発の際には、 IC の機能をモジュールに分割し、 各モジュール毎にモデリング をしていきます。 COMPONENTS: Pulse Width Modulation IC (PWMIC) PART NUMBER: FA5311BP MANUFACTURER: Fuji Electronics 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  148. 148. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 等価開発のプロセス 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  149. 149. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 等価開発のプロセス 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  150. 150. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 等価開発のプロセス 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  151. 151. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 等価開発のプロセス 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  152. 152. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション PWM IC の等価回路図
  153. 153. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション PWM IC のシミュレーション
  154. 154. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. PWM IC power supply circuit 24V 2A Simulation setting Analysis Analysis type: Time domain (Transient) Run to time: 100ms Maximum step size: 1us Options RELTOL: 0.01 VNTOL: 1.0m ABSTOL: 1.0n ITL1: 500 ITL2: 200 ITL4: 40 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  155. 155. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. V output, I output 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  156. 156. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. VAC input 110Vrms, 50Hz (Simulation) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  157. 157. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. V output, I output (Measurement) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  158. 158. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. VAC input, V Ripple 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  159. 159. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. VAC input 110Vrms, 50Hz (Simulation) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  160. 160. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. VAC input 110Vrms, 50Hz (Measurement) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  161. 161. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. V Ripple ,V Thermistor 50Hz (Simulation) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  162. 162. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. V Ripple ,V Thermistor 50Hz (Measurement) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  163. 163. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. PWM IC: OSC, FB, and OUT 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  164. 164. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. PWM IC: OSC, FB, and OUT (Simulation) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  165. 165. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. PWM IC: OSC, FB, and OUT (Measurement) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  166. 166. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. Power MOSFET UT1 2SK1006-01MR VG and VC 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  167. 167. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. PWM IC: OSC, FB, and OUT (Simulation) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  168. 168. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. PWM IC: OSC, FB, and OUT (Measurement) 3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
  169. 169. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  170. 170. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 回路解析シミュレーションのポイント DC モーターのデバイスモデリング ⇒ 過渡解析のおいて、機能を満たすモデル タイマー IC のデバイスモデリング ⇒ 過渡解析において、タイマー IC の機能を満たすモデル 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  171. 171. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル 12 Vdc power supply turn on 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  172. 172. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル LOAD = 0.125A T = IK T T: torque K T : torque constant I: current Supply voltage 12Vdc 6.4msec rise time MOTOR NO LOAD : I = 0.125A 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  173. 173. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル Motor voltage ,at no load Motor current ,at no load 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  174. 174. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル Motor voltage ,at no load Motor current .at no load 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  175. 175. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル LOAD = 0.615A T = IK T T: torque K T : torque constant I: current Supply voltage 12Vdc 6.4msec rise time MOTOR WITH FAN LOAD : I = 0.615A 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  176. 176. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル Motor voltage ,at fan load Motor current ,at fan load 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  177. 177. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. DC モーターのデバイスモデル Motor voltage ,at fan load Motor current ,at fan load 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  178. 178. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Rectified dc voltage with ripple 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  179. 179. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Rectified dc voltage with ripple 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  180. 180. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション IC 555 Output Pulse Voltage 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  181. 181. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション IC 555 Output Pulse Voltage 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  182. 182. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Transistor Q2: VCE 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  183. 183. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Transistor Q2: VCE 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  184. 184. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Transistor Q1: VCE, IC 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  185. 185. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Transistor Q1: VCE, IC 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  186. 186. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Motor Voltage and Current 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  187. 187. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷無しの回路シミュレーション Motor Voltage and Current 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  188. 188. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Rectified dc voltage with ripple 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  189. 189. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Rectified dc voltage with ripple 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  190. 190. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション IC 555 Output Pulse Voltage 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  191. 191. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション IC 555 Output Pulse Voltage 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  192. 192. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Transistor Q2: VCE 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  193. 193. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Transistor Q2: VCE 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  194. 194. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Transistor Q1: VCE, IC 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  195. 195. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Transistor Q1: VCE, IC 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  196. 196. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Motor Voltage and Current 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  197. 197. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 負荷有りの回路シミュレーション Motor Voltage and Current 3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
  198. 198. All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 質疑応答 お問合わせ先 ) [email_address] Bee Technologies Group 【本社】 株式会社ビー・テクノロジー 東京都港区芝大門二丁目 2 番 7 号 設立日 :2002 年 9 月 10 日 資本金 :5,530 万円 【子会社】 Bee Technologies Corporation ( アメリカ ) Siam Bee Technologies Co.,Ltd. ( タイランド )

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