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電子回路シミュレータ(LTspice)の講義資料

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電子回路シミュレータ(LTspice)の講義資料

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電子回路シミュレータ(LTspice)の講義資料

  1. 1. 1Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 電子回路シミュレータ LTspice 2015年8月26日 マルツエレック株式会社 電子回路シミュレータ(LTspice)は、コンピュータ上で回路動作の シミュレーションが出来ます。製品の開発時間短縮(試作回数削減)の ため、企業では、電子回路解析シミュレータを導入し、研究開発、製品 開発を行っております。 電子回路解析シミュレータで何が出来るのか?企業ではどのように活 用しているのか?どんな産業分野、事業分野で活用されているのか? について製品開発のプロセスでの回路解析シミュレータの活用につい ての事例を紹介し、最新のプロジェクトについて解説します。
  2. 2. 2Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景 2.LTspiceの基本的な使い方 3.スパイスモデルと回路図シンボルの取り込み方 3.1LTspice用スパイスモデルとLTspice用回路図シンボルがある場合の取り込み方 3.2パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボルの関連付けの方法 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図シンボルの作成方法 4便利なシミュレーションの解析機能 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る 4.2モンテカルロシミュレーションで部品のバラツキの影響を知る 4.3オシロスコープの測定データを入力信号として取り込む方法 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.5アイパターンの表示方法 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法 5.最新事例 5.1教育事例(電源モジュール) 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体) 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) 5.4システムシミュレーション事例(回生回路) 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路) 目次
  3. 3. 3Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  4. 4. 2014年9月25日(木曜日) 4Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  5. 5. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5
  6. 6. 回路設計のワークフロー 仕様 回路方式選択 (トポロジーの選定) 詳細回路設計 回路図作成 材料表作成 基板設計 回路設計 ビー・テクノロジー製品及びサービス コンセプトキット製品 デザインキット製品 シンプルモデル デバイスモデリング教材 スパイス・パーク デバイスモデリング サービス カスタムデザインキット サービス 回路シミュレーションのサービス 6Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  7. 7. 半導体メーカー及び電子部品メーカー(サプライヤ企業) 電子機器メーカー 自動車メーカー 社会インフラメーカー (1)お客様への自社製品のSPICEモデルの提供 (2)自社製品のアプリケーション回路開発 (1)研究開発及び設計 (2)故障解析 キーワード:電源回路、インバータ回路、モーター駆動回路、LED照明回路及び電池回路 (1)研究開発及び設計 キーワード:ACモーター駆動回路、インバータ回路、LED照明回路HEV、EV、 二次電池、燃料電池及び回生回路 (1)全体システム回路設計 (2)故障解析 キーワード:太陽電池システム、スマートグリッドシステム、二次電池 対象の市場 7Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  8. 8. 【環境発電(エナジーハーベスト)分野】 発電デバイス+ハーベストIC+アプリケーション回路 【生体信号分野】 ⇒人体のSPICEモデル+電子回路シミュレーション (1)心臓 (2)脳+神経 (3)血液 【教育分野】 (1)実務向けオンサイトセミナー ⇒企業向け教育プログラムの提供及び実施 (2)教育用プログラム ⇒LTspiceで回路学習+キットで実機学習 光起電力(太陽電池) 振動発電(ピエゾ素子) 温度差発電(ペルチェ素子) + ハーベストIC + アプリケーション回路 対象の市場 8Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  9. 9. 回路解析シミュレータの用途は、多様化しています。 (1)研究開発 ①次世代半導体のデバイスモデリング及びアプリケーション開発 ②システム開発及び回路開発の回路動作現象 (2)回路設計 ①アプリケーション開発 ②トポロジーの開発及び選定 ③回路設計及び回路動作検証 ④損失計算 ⑤ノイズ検証 ⑥熱解析 (3)クレーム解析 ①故障解析 ②オープン・ショート ③想定外使用 ④サージ解析 回路解析シミュレータの用途の多様化 9Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  10. 10. 製品開発における回路解析シミュレータの位置づけ 10Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 回路製品の完成までのプロセス 仕様決定 [回路設計] 概念設計(コンセプトデザイン)⇒回路方式の選定 (例:DC-DCコンバータの場合25回路方式から選定) 詳細設計(部品選定及び回路図決定) ⇒回路設計の分野で「回路解析シミュレータ」が採用されている 回路設計で仕様を満足できる電子部品の選定(500万品種) ★回路動作 ★損失計算 ★ノイズ評価 ★熱的評価 ★安全評価 [基板設計] 基板レイアウト設計 ⇒PCBデザインの分野で「基板設計ツール」が採用されている [試作] 仕様を満足しているかどうかを実機にて確認 [量産] 歩留まり、品質、原価計算 1.LTspiceの特徴と背景
  11. 11. 11Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 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 製品開発における回路解析シミュレータの位置づけ 試作回数を一回でも削減する 1.LTspiceの特徴と背景
  12. 12. 12Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 回路解析シミュレーション導入前の姿 回路図作成 基板に実装 回路動作の検証回路図変更 1.LTspiceの特徴と背景
  13. 13. 13Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 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。 1.LTspiceの特徴と背景
  14. 14. 民間企業における回路解析シミュレータの活用事例 14Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 【回路設計・開発分野】 試作前に回路動作を検証し、試作回数を削減したい。 省エネ設計(エコ設計)をしたいので、損失計算をしたい。 【トラブル対応及び原因不明クレーム対応】 誤動作や異常波形の原因を解明し、再発防止に役立てたい。 【代替品対応】 代替品によって今までの性能がでるかどうか早く判断したい。 代替品選定の時間を最小限にしたい。 【パワーエレクトロニクス分野】 大電流・大電圧を扱うため、回路実験を可能な限りなくしたい。 【研究開発分野】 アイディア段階の回路動作、デバイス動作を検証したい。 【半導体及び電子部品販売分野:サプライヤ企業】 (第1段階)自社の半導体及び電子部品のスパイスモデルを整備し、 お客様にご提供し販促の機会を増やしたい。 (第2段階)自社の半導体及び電子部品のアプリケーション回路のシミュレーション データをお客様にご提供し、回路提案をしたい。 【大学・教育機関】 電子部品のスパイスモデルを活用したデバイス学習 回路方式の学習(測定機器が無くてもシミュレーションで学習できる) 1.LTspiceの特徴と背景
  15. 15. 電子回路シミュレータ導入の3要素 15Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD EDA ツール シミュレーション 技術 スパイスモデル 回路設計者 PSpice LTspice(無料のSPICE) MicroCap Multi Sim ICAP Smart SPICE HSPICE ・・・・・・・ シミュレーション技術は、 等価回路技術と回路図上に 見えない素子をいかに、盛り込むか? 民間企業の課題 必要な電子部品のスパイスモデルの入手及び整備 様々な電子部品のスパイスモデル をいかに作成するか? 電子機器業界 社会インフラ 自動車業界 半導体業界 ヘルスケア ・・・・・・・・・・ 1.LTspiceの特徴と背景
  16. 16. 16Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 回路解析シミュレーションを行う場合には、EDAツールが必要です。 その次に、自分が回路設計を行う際に採用したいスパイスモデルを準備 しなくてはなりません。スパイスモデルとは、電子部品の電気的振る舞いを SPICE言語にて表現したプログラムです。 回路を構成する、材料表(BOM)ベースでの電子部品のスパイスモデル 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。 半導体部品の場合、モデルの解析精度:%Error 5%以内 受動部品の場合、モデルの解析精度:%Error 10%以内 電子回路シミュレータ導入の環境づくり 1.LTspiceの特徴と背景
  17. 17. 17Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 回路開発実験室と同じ環境をコンピュータ上に創る 頻繁に採用する電子部品(=認定部品、標準部品)のデバイスモデル (SPICE MODEL)を最初から準備し、整備していく。 回路解析シミュレーションの業務の90%は、必要な電子部品のスパイスモデル を作成している時間であり、実際に解析しているのは、10%程度の時間です。 スパイスモデル作成の事を「デバイスモデリング」という 電子回路シミュレータ導入の環境づくり 1.LTspiceの特徴と背景
  18. 18. 18Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD スパイスモデルのデータだけではなく、そのスパイスモデルのバックグランド のデータ(評価検証データ)が必要になります。 採用するスパ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。 実際の電子部品の電気的特性とどのくらいの整合性・再現性をもっているか を把握しなければりません。 スパイスモデル バックグランドのデータ 【デバイスモデリングレポート】 + スパイスモデルは、SPICE記述 で書かれたネットリストであり、 機械可読のデータ 評価シミュレーションをする事で 人間が理解できる電気的特性図 にて参照する⇒人間可読 電子回路シミュレータ導入の環境づくり 1.LTspiceの特徴と背景
  19. 19. 19Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 入手したモデルは パラメータ・モデル モデルの解析精度 はシミュレーションの 解析精度の起因する 為、モデルの検証が 必要になる。このモデル の検証に時間を有する 電子回路シミュレータ導入の環境づくり 1.LTspiceの特徴と背景
  20. 20. 20Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD SiC Schottky Diode Reverse Characteristic(逆特性) Bee Technologies model Cree’s model SiC:シリコンカーバイド 電子回路シミュレータ導入の環境づくり 1.LTspiceの特徴と背景
  21. 21. 21Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD スパ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 ⇒スパ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 電子部品を表現しているモデルです。上記以外(大部分)のスパイスモデル は、ビヘイビア・モデルで表現されています。 1.LTspiceの特徴と背景
  22. 22. 22Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 【ダイオードモデルについて】 パラメータ・モデル =スタンダード・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. 2015 .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. 2015 .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 =プロフェッショナル・モデル 1.LTspiceの特徴と背景
  23. 23. 23Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 【ダイオードモデルについて】 Measurement Measurement パラメータ・モデル =スタンダード・モデル 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 1.LTspiceの特徴と背景
  24. 24. (1)回路解析シミュレーションの解析精度=スパイスモデルの解析精度 1個でも変な動作をするスパイスモデルがあるとNG (2)用途に応じたスパイスモデルを入手 (3)シミュレーションをする回路は正確に 回路解析シミュレータを効率よく活用する方法 (1)自分が良く使用する電子部品のスパイスモデルは準備しておく <スパイスモデルの評価も必要不可欠> 【スパイスモデルの入手方法】 (a)電子部品メーカーから入手する (b)スパイス・パーク(http://wwwspicepark.info)からダウンロードする (c)自分でスパイスモデルを作成する (2)頻度の高い回路方式はテンプレートとしてファイルで持っておく 24Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  25. 25. (1)フル装備の回路解析シミュレータ リニアテクノロジーから無償提供されているSPICEシミュレータ 素子制限がなく、実務で十分活用できる 【イノベーション】PSpice=LTspice PSpice(1ライセンス150万円)は先進国の大企業の設計ツール LTspiceはPCがあれば、世界中のユーザーの設計ツール (2)ICのスパイスモデルが充実 スパイスモデルだけではなく、 アプリケーション回路のシミュレーションデータも充実 一般的にICのスパイスモデルの情報流通は限定的 (3)頻繁なアップデートによる製品の改善とスパイスモデルの充実 新しいデバイスのスパイスモデルが活用できる 新しい回路方式をシミュレーションで試せる 25Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceの事例 1.LTspiceの特徴と背景
  26. 26. 回路シミュレーションのポイント 【ポイント1】 回路解析シミュレーションの解析精度=スパイスモデルの解析精度である。 ■有償SPICEでも無償SPICEでも採用するSPICEモデルで解析精度が決定される。 ■1個でも変な動作をするスパイスモデルがあるとNG 【ポイント2】 シミュレーションの用途に応じたSPICEモデルを採用する。 ■波形動作確認であれば、簡易SPICEモデルでも問題ない。 ■損失計算を行う場合、過渡現象において再現性のあるSPICEモデルを採用する。 ■温度シミュレーションをしたい場合には、温度対応SPICEモデルを採用する。 ■ノイズシミュレーションをしたい場合には、ノイズ対応SPICEモデルを採用する。 【ポイント3】 回路シミュレーションをする回路は正確に入力する。 ■回路シミュレーションをする場合、回路知識が必要です。 ■回路解析結果の正誤を判断する必要があります。 26Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  27. 27. シミュレーション上の課題について 第一 の壁 第二 の壁 第三 の壁 第一の壁:SPICEの習得 第二の壁:SPICEモデルの入手 第三の壁:シミュレーション技術 27Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  28. 28. シミュレーション解析時間 10%90% 実際のシミュレーション 解析時間 実際の解析時間は10%程度です。90%の時間をSPICEモデルの入手 に費やしています。 SPICEモデルの入手に費やしています。 ●サプライヤ企業から入手する ●スパイス・パークからダウンロードする ●デバイスモデリングサービスを活用する ●自分でSPICEモデルを作成する シミュレーション上の課題について 28Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  29. 29. ダイオードのSPCIEモデルを作成する場合の事例 (ダイオードのSPICEモデルは3種類ある) デバイスモデリング の難易度 高い 低い 電流減少率モデル ⇒等価回路で-didtを再現している IFIR法モデル ⇒等価回路でTrr(trj +trb)を再現している パラメータモデル ⇒パラメータだけで作成できる簡易型モデル シミュレーション上の課題について 29Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  30. 30. ①再現性問題 実機波形とシミュレーション波形が合わない 【解決方法】 ○目的に合ったSPICEモデルを採用する ○目に見えない寄生素子も考慮し、回路図に反映させる 【ご提供するサービス】 ○SPICEモデルをご提供する「デバイスモデリングサービス」 ○シミュレーションデータをご提供する「デザインキットサービス」 ②解析時間問題 早くシミュレーション結果を知りたいのにシミュレーションに多くの時間を有する 【解決方法】 ○目的に合ったSPICEモデルを採用する ○タイムスケール機能を採用する 【ご提供するサービス】 ○SPICEモデルをご提供する「デバイスモデリングサービス」 ○シミュレーションデータをご提供する「デザインキットサービス」 ③収束エラー問題 最後までシミュレーションが実行出来ず、途中で計算が止まってしまう。 【解決方法】 ○SPICEの.OPTIONSのパラメータを最適化する。 ○スナバ回路等を挿入して急変する過渡応答性、過渡現象を緩和する。 ○回路動作に影響しないように微小抵抗を適宜挿入する。 【ご提供するサービス】 ○収束エラー解決サービス シミュレーション上の課題について 30Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  31. 31. LTspiceの特徴 (1)フル装備の回路解析シミュレータ リニアテクノロジーから無償提供されているSPICEシミュレータ 素子制限がなく、実務で十分活用できる 【イノベーション】 PSpice(1ライセンス150万円)は先進国の大企業の設計ツール LTspiceはPCがあれば、世界中のユーザーの設計ツール (2)ICのスパイスモデルが充実 スパイスモデルだけではなく、 アプリケーション回路のシミュレーションデータも充実 一般的にICのスパイスモデルの情報流通は限定的 (3)頻繁なアップデートによる製品の改善とスパイスモデルの充実 新しいデバイスのスパイスモデルが活用できる 新しい回路方式をシミュレーションで試せる 31Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 1.LTspiceの特徴と背景
  32. 32. (4)浮遊ノードを内部処理している PSpiceの場合 LTspiceの場合 32Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  33. 33. (5)マルチスレッド対応 マルチコアCPUを自動認識し、最大限の能力を発揮し、並列計算が出来る。 【確認方法】 [Simulate]->[Control Pannel]->[SPICE] 33Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  34. 34. 34Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD (6)単位系について Unit 読み方 Value MEG メグ 10^6 k キロ 10^3 m ミリ 10^(-3) u マイクロ 10^(-6) n ナノ 10^(-9) p ピコ 10^(-12) LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  35. 35. 35Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 文字化け対策の方法 u(マイクロ)が文字化けする場合、上記の設定が必要です。 【準備】 LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  36. 36. 36Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板設計ソフト:EAGLE LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  37. 37. 37Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板温度上昇解析ツール https://secure442b.sakura.ne.jp/signalkhobho.com/index.html LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  38. 38. 38Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板温度上昇解析ツール 設定して、「run」ボタンを押すと、サーキットファイルが生成されます。 LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  39. 39. 39Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板温度上昇解析ツール 745行のサーキットファイルが生成されます。 LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  40. 40. 40Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板温度上昇解析ツール .option postはLTspiceでは定義できないので、コメント「*」を入力し、 このコマンドを無効にします。そして、サーキットファイルでLTspiceで ひらきます。 LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  41. 41. 41Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板温度上昇解析ツール LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  42. 42. 42Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 他のソフトウェアとLTspiceとの連携 基板温度上昇解析ツール LTspiceの特徴 1.LTspiceの特徴と背景
  43. 43. 2.LTspiceの基本的な使い方 43Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceの初期画面 最初に「New」をクリックするとツールバーが有効になります。
  44. 44. 2.LTspiceの基本的な使い方 44Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceの回路図作成画面 ツールバー (ここで、基本的な操作を行う)
  45. 45. 2.LTspiceの基本的な使い方 LT3798は、アクティブ力率補正(PFC)機能を備え、かつ1段式のコンバータ に出力電圧を帰還するのにフォトカプラが不要な定電圧、定電流の絶縁型 フライバックコントローラです。このICを使用したアプリケーション回路を シミュレーションしてみましょう。 45Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD (1)Tool Bar Edit ⇒ Component (2)Input Parts Number LT3798 (3) Click ⇒Open this macromodel’s test fixture (2) (3)
  46. 46. 2.LTspiceの基本的な使い方 46Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD http://youtu.be/RELZj4NQzZA LT3798のアプリケーション回路の画面 回路解析シミュレーションを実行する場合は「Run」をクリックする シミュレーション終了 後、見たいところにマ ウスを持っていく。
  47. 47. 2.LTspiceの基本的な使い方 47Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LT3798のアプリケーション回路の画面 配線の上にマウスを持っていくと電圧プローブになります。 電圧プローブ です
  48. 48. 2.LTspiceの基本的な使い方 48Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LT3798のアプリケーション回路の画面 部品の上にマウスを持っていくと電流プローブになります。 電流プローブ です
  49. 49. 2.LTspiceの基本的な使い方 49Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LT3798のアプリケーション回路の画面 部品の上にマウスを持っていき、「Alt」キーをおしてクリックすると部品の 合計損失を自動で計算します。 マーカーです。
  50. 50. 2.LTspiceの基本的な使い方 50Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD MOSFET(M1)の全損失波形 MOSFET(M1)のドレインID電流波形 MOSFET(M1)のドレイン・ソース間VDS電圧波形 電流負荷 出力電圧波形
  51. 51. 3.スパイスモデルと回路図シンボルの取り込み方 このオペレーションを習得すると、外部からあらゆる種類のスパイスモデルを Ltspiceに取り込み活用できます。 3.1 LTspice用スパイスモデルとLTspice用回路図シンボルがある場合の取り込み方 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボルの関連付けの方法 3.3 サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図シンボルの作成方法 3.1 LTspice用スパイスモデルとLTspice用回路図シンボルがある場合の取り込み方 スパイスモデルのファイルの拡張子(.sub、.lib、.txt、.inc 等) CProgram FilesLTCLTspice IVlibsubフォルダ内に格納する 回路図シンボルのファイルの拡張子(.asy) CProgram FilesLTCLTspice IVlibsymフォルダ内に格納する 51Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  52. 52. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 パラメータモデルの事例 新電元工業 S3L60 *$ * PART NUMBER: S3L60 * MANUFACTURER: SHINDENGEN * VRRM=600,I0=1.8A * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2012 .MODEL DS3L60 D + IS=390.87E-6 + N=4.9951 + RS=37.378E-3 + IKF=.99321 + CJO=116.57E-12 + M=.45565 + VJ=.72461 + ISR=0 + BV=600 + IBV=10.000E-6 + TT=30.783E-9 *$ 52Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  53. 53. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 LT3845 中電力から高電力までの高効率電源に使用される高電圧、同期整流式、電流 モード・コントローラです。 53Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  54. 54. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 54Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  55. 55. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 D3 1N4148(NXP) http://youtu.be/ToJzEbdVvAg 55Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  56. 56. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 1N4148(NXP)をS3L60(新電元工業)に置き換える 準備: S3L60.libファイルを指定のフォルダに格納する STEP1: S3L60.libファイルを取り込む STEP2: D3の名称を変更する 56Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  57. 57. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 57Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  58. 58. 3.2 パラメータモデル(.model)の取り込み方と既存回路図シンボル の関連付けの方法 http://youtu.be/sd0_MzcZQOc 58Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  59. 59. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 サブサーキットモデル(等価回路モデル)の事例 ローム RSJ450N04 http://www.rohm.co.jp/products/discrete/transistor/mosfet/rsj450n04/ 59Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  60. 60. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 サブサーキットモデル(等価回路モデル)の事例 ローム RSJ450N04 * RSJ450N04 NMOSFET model * Model Generated by ROHM * All Rights Reserved * Commercial Use or * Resale Restricted * Date: 2011/08/08 ******************D G S .SUBCKT RSJ450N04 1 2 3 M1 11 22 3 3 MOS_N D1 3 1 DDS R1 1 11 RTH 7.14m D2 22 11 DDG R2 2 22 8.1 .MODEL MOS_N NMOS + LEVEL=3 + L=2.0000E-6 + W=1 + KP=2.7979E-4 + RS=1.5000E-3 + RD=0 + VTO=2.4053 + RDS=40.000E6 + TOX=2.0000E-6 + CGSO=2.20n + CGDO=100p + CBD=0 + RG=0 + N=2 + RB=1.0000E-3 + GAMMA=1.1 + ETA=0.0001 + KAPPA=0 + NFS=15G .MODEL DDS D + IS=13.735E-12 + N=1.0682 + RS=2.3951E-3 + IKF=9.1081 + CJO=1.1068E-9 + M=.47201 + VJ=.76152 + BV=40 + TT=34n .MODEL DDG D + CJO=807.33E-12 + M=.69266 + VJ=.75458 + N=10000 + FC=-1.7 .MODEL RTH RES + TC1=0.0055 + TC2=0.000021 .ENDS RSJ450N04 60Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  61. 61. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 LTC3867 LTC3867は、すべてNチャネルのパワーMOSFET段をドライブする、電流モード 同期整流式降圧スイッチング・レギュレータ・コントローラです。 61Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  62. 62. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 62Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  63. 63. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 http://youtu.be/7CWRZNH3Kf8 63Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  64. 64. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 Q1及びQ2のRJK0301DPB(ルネサスエレクトロニクス)を RSJ450N04(ローム)に置き換える 準備: rsj450n04.libファイルを指定のフォルダに格納する STEP1: rsj450n04.libファイルを取り込む STEP2: M1及びM2の名称を変更する 64Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  65. 65. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP3: M1及びM2の属性の変更(「ctrl」+マウスの右クリック) Prefixを「x」に変更する 65Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  66. 66. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 D(ドレイン) PIN No.1 G(ゲート) PIN No.2 S(ソース) PIN No.3 .SUBCKT RSJ450N04 1 2 3 1 2 3 ドレイン ゲート ソース 66Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  67. 67. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 67Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  68. 68. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 http://youtu.be/ACo1gZKKtnE 68Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  69. 69. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 69Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  70. 70. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP1 新規シンボル作成画面を開く [File]->[New Symbol] STEP2 Draw機能で回路図シンボルを描く 詳細の手順書 http://ow.ly/d1WMK 70Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  71. 71. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP3 ピン属性の定義 [Edit]->[Add Pin/Port] Labelにピン番号入力 1 2 3 http://youtu.be/s4u2YninG4w 71Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  72. 72. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP4 ピン属性の定義 [Edit]->[Attributes]-> [Edit Attributes] Symbol Type:Cell Prefixに「x」を入力 SpiceModelに 「RSJ450N04」を入力 72Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  73. 73. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP5 Attribute項目の表示 [Edit]->[Attributes]->[Attributes Window] InstNameの表示 73Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  74. 74. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP6 Attribute項目の表示 [Edit]->[Attributes]->[Attributes Window] SpiceModelの表示 74Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  75. 75. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 STEP7 保存 STEP8 指定のフォルダに格納する http://youtu.be/V0kfcoVrk-c 75Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  76. 76. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 LTC3867に新規に作成した回路図シンボルを採用して、シミュレーションを行う 76Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  77. 77. 3.3サブサーキットモデル(.subckt)の取り込み方と新規回路図 シンボルの作成方法 LTC3867に新規に作成した回路図シンボルを採用して、シミュレーションを行う http://youtu.be/z6YVeqzlYHA 77Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  78. 78. 4便利なシミュレーションの解析機能 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る 4.2モンテカルロシミュレーションで部品のバラツキの影響を知る 4.3オシロスコープの測定データを入力信号として取り込む方法 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.5アイパターンの表示方法 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法 78Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  79. 79. 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る + - スピーカーのSPICEモデルにおける電気的インピーダンスの抵抗成分の 影響度合いについて 79Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  80. 80. 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る 赤ライン内がスピーカーのSPICEモデルの等価回路図です。 80Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  81. 81. 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る 緑色ライン内が電気的インピーダンスの等価回路図です。 81Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  82. 82. 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る R1=10[Ω] R1=20[Ω] R1=30[Ω] http://youtu.be/PWXcGimyjNI 82Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  83. 83. 4.1パラメトリック解析で影響度合いを知る 83Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  84. 84. 4.2モンテカルロシミュレーションで部品のバラツキの影響を知る 事例:SiC SBDの等価回路モデルの内部のモデルパラメータ RSを対象にモンテカルロシミュレーションを行った。 解析対象:SiC SBDの順方向特性におけるRSのばらつき 84Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  85. 85. 4.2モンテカルロシミュレーションで部品のバラツキの影響を知る モンテカルロ シミュレーションの 設定は赤字 *$ * PART NUMBER: CSD20060D * MANUFACTURER: Cree, Inc. * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2012 .SUBCKT CSD20060D PIN1 PIN2 PIN3 CASE X_U1 PIN3 CASE CSD20060_pro X_U2 PIN1 CASE CSD20060_pro R_Rs PIN2 CASE 10u .ENDS .SUBCKT CSD20060_pro A K V_V_I A N00040 0Vdc V_V_Ifwd IN2 K 0Vdc E_E1 VREV 0 VALUE { IF(V(A,K)>0, 0,V(A,K)) } E_E3 I_REV0 0 VALUE { 5.8406e-32*pwr((-V(Vrev)),9.6887)} ・・・・・・・・・・・・・・・省略・・・・・・・・・・・・・・・ D_D4 VREV1 0 DCSD20060 R_R2 0 I_REV0 10MEG R_R3 0 I_REV 10MEG .MODEL DCSD20060 D + IS=121.37E-18 N=1 + RS={mc(50.670E-3,tol)} * + RS=50.670E-3 + IKF=1.0000E3 + CJO=421.51E-12 M=.46862 VJ=4.0208 + BV=700 IBV=100.00E-6 + ISR=0 EG=3.0 TT=0 .ENDS *$ 85Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  86. 86. 4.2モンテカルロシミュレーションで部品のバラツキの影響を知る http://youtu.be/6kjrGY6DZhQ 86Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  87. 87. 4.3オシロスコープの測定データを入力信号として取り込む方法 背景:FPGA電源の出力ラインのノイズを削減する必要性がある。大電流低電圧であり、 許容される電圧変動が小さいため、ノイズ対策が必要である。ノイズ除去フィルター等 を活用する。 LTspice ノイズ除去回路 入力信号 ノイズ波形 出力波形で ノイズの低減 の効果を確認 実際のノイズ波形をオシロスコープで測定し、波形データをCSV形式で取得する 87Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  88. 88. 4.3オシロスコープの測定データを入力信号として取り込む方法 88Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  89. 89. 4.3オシロスコープの測定データを入力信号として取り込む方法 89Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  90. 90. 4.3オシロスコープの測定データを入力信号として取り込む方法 http://youtu.be/QTy4JOxtZRA 90Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  91. 91. 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 LTspice 回路 出力波形 .wavファイルを生成 91Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  92. 92. 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 LTspice ドレミ回路 .wavファイルを生成 LTspice ドレミ回路 .wavファイルを生成 F120A 4.4.1 4.4.2 92Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  93. 93. 93Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceで回路図作成 V1はドの周波数 V2はレの周波数 V3はミの周波数 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.4.1 出力ビット数:16ビット サンプリング・レート:44.1k
  94. 94. DC offsetを30[V]に設定 94Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceでのサイン電源の設定 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.4.1
  95. 95. 95Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD LTspiceでシミュレーション結果 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.4.1
  96. 96. 96Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 音声ファイル(.wav)の再生 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.4.1
  97. 97. 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 スピーカーを等価回路モデルにした場合 スピーカー=等価回路モデル 4.4.2 出力ビット数:16ビット サンプリング・レート:44.1k 97Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  98. 98. 4.4シミュレーションの出力波形を音声ファイルで出力する方法 4.4.2 スピーカーを等価回路モデルにした場合 出力波形 98Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  99. 99. Simulation Circuit 99Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  100. 100. .OPTIONS “baudrate” • Add .options “baudrate” for enable eye diagrams on the schematic. Set “Baudrate” = {1/PER} / 1Bit in 1Baud 100Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  101. 101. Simulation Settings [*10] to run show number of eye and adds [1.2ns] are delay [s] 101Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  102. 102. Plot Settings> Eye Diagram> Enable Select “Enable” 102Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  103. 103. Delay[s] and No. of eyes settings Right click on plot to change 103Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  104. 104. Simulation Circuit 104Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  105. 105. Simulation Result No. of eyes = 1 No. of eyes = 10 No. of eyes = 1 C Respond 105Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.5アイパターンの表示方法
  106. 106. 事例 太陽電池のLTspiceモデル メーカー:LG 型名:LG285S1C-G4 106Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD SPICEモデルのネットリストの内容を 公開したくない場合、LTspiceの機能 にて暗号化のファイルを生成できます。 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法 *$ *PART NUMBER: LG285S1C-G4 *MANUFACTURER: LG Electronics *REMARK: Pmax=285(W) *All Rights Reserved Copyright *(c) Bee Technologies Inc. 2015 .SUBCKT LG285S1C-G4 Plus Minus R_RS1 N00A Plus 150.9234m R_Rsh1 Minus N00A 150.222 D_D1 N00A Minus DIODE_LG285S1C-G4 I_I1 Minus N00A DC 9.38 .Model DIODE_LG285S1C-G4 D + IS=230.1967p + N=61.044 + RS=50.7756m + IKF=0 .ENDS *$
  107. 107. LTspiceモデルの暗号化は、コマンドラインにて行います。 コマンド構文入力 scad3.exe -encrypt <filename> 暗号ファイルの生成には3-4分かかります。 107Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法
  108. 108. *$ *PART NUMBER: LG285S1C-G4 *MANUFACTURER: LG Electronics *REMARK: Pmax=285(W) *All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2015 .SUBCKT LG285S1C-G4 Plus Minus R_RS1 N00A Plus 150.9234m ・・・・・・・・・・・・ (省略) ・・・・・・・・・・・・ .ENDS *$ LG285S1C-G4の等価回路 モデルのネットリスト LG285S1C-G4の暗号化された LTspiceモデル 108Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 注意: 暗号化されるファイルは上書きされるの で、元ファイルを別保存する必要があり ます。 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法
  109. 109. 出力特性評価回路図 109Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法
  110. 110. 出力特性シミュレーション結果 110Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 4.6LTspiceモデルの暗号化の方法
  111. 111. アナログシンセサイザー入門(電源モジュール編) 正負電源回路を作ろう 1.電子回路の基礎 1.1 オームの法則 1.2 キルヒホッフの第一法則 1.3 キルヒホッフの第二法則 2. 正負電源回路 2.1 正負電源の基礎 2.2 正負電源のブロック 2.2.1 保護回路 2.2.2 安定化電源回路 2.2.3 ACアダプタのスイッチングノイズ(LTspice学習) 2.2.4 三端子レギュレータの負荷応答性(LTspice学習) 2.3 インジケータ回路 2.4 供給回路 3. 正負電源回路製作(実習) 4.正負電源回路動作検証(実習) 111 アナログ回路学習 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  112. 112. 112 VCAVCFVCO 1 NOISE Envelope Generator A D S R Power CV Gate ADSRNOISEPower Control VCO LFO MIXER VCF VCA 3 1 6 2 5 EXTERNAL INPUT MIXER Control 8 4 OUTPUT AMP OPTION 1 2 3 4 5 6 7 8 8 1 72 6 4 5 5 7 2 3 6 48 NOISE2 LEVEL AMP OPTION(1) LFO 73 OPTION(2)のモジュール ・リングモジュレータ ・グラフィックイノライザ ・レゾネータ ・フェーズシフタ ・ゲートデレィ ・アナログシーケンサ アナログシンセサイザー全体概要 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  113. 113. 113 アナログシンセサイザー全体概要 セミナー モジュール 回路 学習内容 第1回 Power 電源回路及びコントロール回路 電子回路基礎(オームの法則、キルヒホッフの法則)、 正負電源回路、安定化回路、保護回路、ノイズ除去 第2回 NOISE ノイズジェネレータ回路 ホワイトノイズ、ピンクノイズ、ノイズ発生回路、トランジス タの基本動作、トランジスタ増幅回路 第3回 MIXER ミキサ回路 オペアンプの基本動作、オペアンプの負帰還回路、 オペアンプの加算増幅回路、オペアンプの無帰還回路 オペアンプの反転増幅回路 第4回 VCA 電圧制御増幅回路 トランスコンダクタンス、VCA回路、可変増幅回路、 差動増幅回路、電流電圧変換回路、OTA 第5回 VCO 電圧制御発振回路 PWM回路(パルス変調回路)、制御電流変換回路、 ノコギリ波発生回路、パルス波形発生回路、 三角波発生回路、コンデンサの基礎、アンチログ回路、 温度補償アンチログ回路 第6回 EG(ADSR) エンベロープジェネレータ回路 ADSR信号、デジタル処理、アナログ処理、 タイマーICの基礎 第7回 LFO 低周波発振回路 充放電回路、積分回路、発振回路、シュミットトリガ回路、 遅延回路 第8回 VCF 電圧制御フィルタ回路 RCフィルタ回路、トランジスタラダー回路、 レゾナンス帰還回路、差動増幅回路 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  114. 114. 114 1次パネル試作(前面) 1次パネル試作(背面)1次回路試作 アナログシンセサイザー 電源モジュール 作例 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  115. 115. 115 電子回路の基礎 オームの法則 RIV  R V I  I V R  V:電圧[V] I: 電流[A] R:抵抗[Ω] I Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  116. 116. 116 電子回路の基礎 キルヒホッフの第一法則 回路の任意の一点において、流入する電流と流出する電流の和が等しい I1 I2 I3 I1=I2+I3 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  117. 117. 117 電子回路の基礎 キルヒホッフの第二法則 回路中に任意の閉回路において電圧の向きを時計回りにとった場合、 各区間の電圧の合計はゼロになる。 V1-I*R1=0 I Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  118. 118. 118 正負電源回路 アナログシンセサイザーの各モジュールに電力を供給するのが電源回路です。 正負電源回路 【定格】 出力電圧:±12[V] 出力電流:0.4-0.5[A] アナログシンセサイザー の各モジュールI V Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  119. 119. 119 正負電源回路 電源モジュールの回路図 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  120. 120. 120 正負電源回路 正負電源の基礎 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  121. 121. 121 正負電源回路 正負電源のブロック 保護回路 供給回路 インジケータ回路 正負電源のブロック図 安定化回路 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  122. 122. 122 4つのダイオードでACアダプターへの逆流を防いで保護しています。 ヒューズ ポリスイッチ 正負電源のブロック 保護回路 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  123. 123. 123 正負電源のブロック 安定化電源回路 IN OUT GND (1)INとOUTの電位差は、2-3[V]必要です。 (2)4つのダイオードは三端子レギュレータを保護する役割があります。 (3)7つのコンデンサは、三端子レギュレータを安定化させるためのコンデンサ ⇒バイパスコンデンサ Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  124. 124. 124 正負電源のブロック ACアダプタのスイッチングノイズ 何故、ACアダプターを使用するのにさら に電源回路を使用する必要性があるの ですか? スイッチングACアダプタは、出力にノイズ を含んでいます。電源電圧から ノイズ成分を除去するのが 三端子レギュレータです。 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  125. 125. 125 正負電源のブロック ACアダプタのスイッチングノイズ 0 Cin 0.33uF Cout 0.1uF IN OUT VIN 19V Io 0.5A VIR R FREQ = 120Hz VAMPL = 2V VOF F = 0 IN OUT GND U1 NJM7812FA PSpice Ripple Rejection (RR) Characteristics Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  126. 126. 126 正負電源のブロック ACアダプタのスイッチングノイズ Time 50ms 60ms 70ms 80ms 90ms 100ms V(OUT) 12.010V 12.012V 12.014V 12.016V SEL>> V(IN) 16V 18V 20V 22V Ripple Rejection (RR) Characteristics Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  127. 127. 127 正負電源のブロック 三端子レギュレータの負荷応答性 *$ *PART NUMBER: NJM7812FA *MANUFACTURER: NEW JAPAN RADIO *ALL Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2014 .SUBCKT NJM7812FA IN GND OUT X_U1 N00763 N00743 N00719 njm7812fa_sub V_IN IN N00763 0Vdc V_O N06434 OUT 0Vdc R_RO N00719 N06434 1u R_Radj1 N00719 N00743 {290} R_Radj2 N00743 GND {2475.101} .ENDS NJM7812FA *$ .SUBCKT NJM7812FA_SUB IN ADJ OUT JADJ IN ADJ ADJ JADJMOD VREF 4 ADJ 1.250 DBK IN 13 DMOD CBC 13 15 800.0E-12 RBC 15 5 1.000E3 QPASS 13 5 OUT QPASSMOD RB1 7 6 1 RB2 6 5 257.6 DSC 6 11 DMOD ESC 11 OUT VALUE={10.72-18.79E-3*V(6,5)*V(13,5)} DFB 6 12 DMOD EFB 12 OUT VALUE={13.17-.4466*V(13,5)+711.4E-6*V(13,5)*V(13,5) + -18.79E-3*V(13,5)*V(6,5)} EB 7 OUT 8 OUT 11.71 RP 9 8 100 CPZ 10 OUT 1.592E-6 DPU 10 OUT DMOD RZ 8 10 .1 EP 9 OUT 4 OUT 100 RI OUT 4 100MEG .MODEL QPASSMOD NPN (IS=30F BF=50 VAF=53.22 NF=1.457) .MODEL JADJMOD NJF (BETA=50.00E-6 VTO=-1) .MODEL DMOD D (IS=30F N=1.457) .ENDS NJM7812FA_SUB *$ NJM7812FAのSPICEモデル NJM7812FAの回路図シンボル Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  128. 128. 128 Line Regulation Characteristics LTspice Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  129. 129. 129 Line Regulation Characteristics LTspice Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  130. 130. 130 Loard Regulation Characteristics LTspice Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  131. 131. 131 Loard Regulation Characteristics LTspice Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  132. 132. 132 V VF I 発光色によってVFの電圧値は異なります。 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  133. 133. 133 正負電源回路製作 電源モジュールの基板 表面 裏面 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  134. 134. 134 電源モジュールの実装基板 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 正負電源回路製作 5.1教育事例(電源モジュール)
  135. 135. 135 電源モジュールの実装基板及び取り付け部品 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 正負電源回路製作 5.1教育事例(電源モジュール)
  136. 136. 136 【実装のポイント】 部品の高さが低いものから実装する。 電源モジュールの回路図 【実装の注意点】 (1)電解コンデンサの極性 (2)三端子レギュレータの向き (3)ダイオードの向き (4)発光ダイオードの極性 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 正負電源回路製作 5.1教育事例(電源モジュール)
  137. 137. 137 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 電解コンデンサの極性 マイナス端子 正負電源回路製作 5.1教育事例(電源モジュール)
  138. 138. 138 Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD ダイオードの極性 アノード(A) カソード(K) アノード(A) カソード(K) 正負電源回路製作 5.1教育事例(電源モジュール)
  139. 139. 139 正負電源回路動作検証 負電源側検証:-12[V] PIN1:+ PIN2:- Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.1教育事例(電源モジュール)
  140. 140. 140 正電源側検証:+12[V] PIN2:- PIN3:+ Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 正負電源回路動作検証 5.1教育事例(電源モジュール)
  141. 141. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 141 次世代半導体のスパイスモデルを活用した アプリケーション回路シミュレーション 【プログラム】 1.何故、回路解析シミュレータが必要なのか? 2.対応可能な次世代半導体のスパイスモデルについて 3.SiCショットキ・バリア・ダイオードのスパイスモデルについて 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 6.高温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 7.質疑応答 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  142. 142. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 142 1.何故、回路解析シミュレータが必要なのか? ①回路実験では観察しにくい電流波形が簡単に見える ②損失計算も1クリック ③ノイズ現象も見れる ①回路実験では観察しにくい電流波形が簡単に見える 回路実験で電流波形を観察するためには、電流プローブが必要である。 回路実験の対象基板が面実装で構成されており、電流プローブがほとんど、 つかめない。 大電流を観察する電流プローブは高価であり、保有するのが大変である。 小電流(uA)を観察したいが、電流プローブが対応していない。 電流波形を観察するのは大変なこと 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  143. 143. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 143 1.何故、回路解析シミュレータが必要なのか? コイルの電流波形も簡単に参照できる シミュレーション結果より、コイルに8[A]も 流れることが判明。コイルには、直流重畳 特性があり、8[A]でもインダクタンス値が 変わらないコイルを選定したい。 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  144. 144. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 144 1.何故、回路解析シミュレータが必要なのか? ②損失計算も1クリック ハイサイドのPower MOSFET(Q1)とローサイドのPower MOSFET(Q2)の 損失計算も部品上で「Altキー」を押しながら、クリックで損失波形を簡単表示 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  145. 145. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 145 1.何故、回路解析シミュレータが必要なのか? ③ノイズ現象も見れる ハイサイドのPower MOSFET(Q1)の ドレイン電流の波形を観察すると、 ノイズ現象が見られる 回路解析シミュレーションの活用で、 設計品質を向上させる 安全設計を行う 回路動作を理論的に把握する 回路解析シミュレータは回路設計を効率良く 行うための「道具」です。関数電卓よりは賢い。 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  146. 146. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 146 2.対応可能な次世代半導体のスパイスモデルについて SiC:Silicon Carbide GaN: Gallium Nitride 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  147. 147. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 147 3.SiCショットキバリアダイオードのスパイスモデルについて 再現性のある電気的特性 順方向特性 容量特性 逆方向特性 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  148. 148. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 148 3.SiCショットキバリアダイオードのスパイスモデルについて 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  149. 149. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 149 3.SiCショットキバリアダイオードのスパイスモデルについて スパイス・パークにて スパイスモデルの ダウンロード販売 ご購入前にスパイスモデル の評価検証レポート (デバイスモデリングレポート) が参照できます。 http://www.spicepark.info SiC SBDのスパイスモデル の販売 Cree インフィニオン STMicroelectronics 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  150. 150. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 150 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて MOSFET LEVEL LEVEL=1 Shichman-Hodges Model LEVEL=2 形状に基づいた解析モデル LEVEL=3 半経験則短チャネルモデル LEVEL=4 BSIM Model LEVEL=6 BSIM3 MODEL ・・・・・・・ ・・ MOSFET LEVEL=3 半経験則短チャネルモデルの特徴 (1)2次元的な電位分布によるデバイスの長さ及び幅に対してスレッシュホルド電圧 が敏感に影響を受ける。 (2)ドレインが誘起するBarrier loweringによるドレイン電圧に対してのスレッシュホルド電圧 の考慮。 (3)リニア領域と飽和領域との間での緩やかな変化及びホットエレクトロンの速度 飽和によって若干減少する飽和電圧、飽和電流の考慮。 RB BulkGate Cbs Cgb RG Cgd ROS Cgs RD RS Cbd Drain Source Idrain 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  151. 151. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 151 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて Time*1ms 0 8n 16n 24n 32n 40n V(W1:2) V(W201:2) 0V 2V 4V 6V 8V 10V 12V 14V 16V 18V 20V MOSFET LEVEL=3 MODEL Bee Technologies MODEL(Professional) ゲートチャージ特性 ミラー容量が固定値のため、ミラー容量を可変にする 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  152. 152. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 152 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて ← 図1 dv/dt Co Io 0 Fig.1 Fig.1の回路図でコンデンサCoにdV/dtなる 立ち上がりを持つ電圧を印加すると流れる 電流は、(1)式になります。 dt dV CoIo  ・・・・・・・・・・(1) ここで基準容量Crefを外部電圧VINで制御出来る電圧制御可変容量は、 (2)式になります。 CrefVINVINC )( ・・・・・・・・・・(2) Cref:固定値 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  153. 153. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 153 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて I1 1 ABM/I VIN 2 0 図2 Cref 3 I2 1E6*V(2,3)*(V(1,0)-1) ← R1 ← dv/dt C(VIN) Io ← R2 Fig.2 (2)式を満足させる等価回路図(Fig.2)は下記になります。 21 IIIo  21 IIIo  ・・・・・・・・・・(3) R2をI2に影響しない微少抵抗(1E-6)とし、IoをC(VIN)に流れる電流と考慮 すると(4)式で表現出来ます。 )3,2(61 2 )3,2( 2 VE R V dt dV CrefI  ・・・・・・・・・・(4) 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  154. 154. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 154 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて (2),(3),(4)式から dt dV Cref dt dV VINCIIoI  )(21  1)0,1()3,2(61  VVE ・・・・・・・・・・(5) dt dV Cref dt dV CrefVIN  )3,2(61)1()1( VEVIN dt dV CrefVIN  R1はABM/Iなるアナログビヘイビアモデルを使用し、(5)式を満足すれば   dt dV CrefVVEIIIo  1)0,1()3,2(6121 ・・・・・・・・・・(6)R1は高抵抗(1E6)とする 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  155. 155. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 155 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて C(VIN)は(2)式のように外部電圧VINによって制御出来ます。 C(VIN)>Cref の時、(5)式に従いI1は増加します C(VIN)=Cref の時、I1=0 C(VIN)<Cref の時、 (5)式に従いI1はマイナスになります N13732 N13807 N13744 ABM/I 図3 Run to time: 1us Cref 1u VIN 10v 0 V2 TD = 0 TF = 1us PW = 5us PER = 10us V1 = 0 TR = 1us V2 = 100v Maximum step size: 10ns V1 0Vdc R3 1MEG V(N13732,N13744)*(V(N13807,0)-1)*1E6 R4 1u Fig.3 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  156. 156. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 156 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて -Vdg +Vdg Co*(1+Vdg/Vj)^(-M) 図4 0 Co 電圧制御可変容量の等価回路を応用し、ミラー容量に適応させます。 MOSFETのVdg-Cdg特性はFig.4のような特性を示します。 Fig.4 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  157. 157. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 157 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて (7)式はVdgが0以下ではCoが一定となります。EVALUEにより、 (7)式によるC(Vdg)を、 M Vj Vdg CoVdgC         1)( ・・・・・・・・・・(7) M Vj Vdg CoVdgE         1)( ・・・・・・・・・・(8) と考え、制御電圧発生回路の出力と考えます。この電圧により、容量可変回 路を制御すればABM/Iの電流はVdgにより、(8)式に従って変化するのでミラー 容量を補正する事が可能になります。 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  158. 158. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 158 4.SiC MOSFETのスパイスモデルについて Vdgが0からVdssの区間ではFig.4に示される式にVdg-C(Vdg)特性は依存 し、Vdgがマイナスの区間では容量はCoで一定になります。 G 制御電圧 発生回路 S Vdgリミッタ 図5 EVALUEETABLE → → ABM/I 容量可変回路 Q1 D Fig.5 Fig.5のように制御システムを考慮 すると、Vdgを検出するとETABLE により、Vdgに0~Vdssのリミッタを かけます 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  159. 159. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 159 1.必要な電子部品のSPICEモデル(常温モデル)を揃える。 2.常温モデルを活用して、LTspiceで過渡解析を行い、損失計算を行う。 3.常温におけるシリコンデバイスとSiCデバイスのケースで損失比較を行う。 4.必要な電子部品のSPICEモデル(高温モデル)を揃える。 5.高温モデルを活用して、LTspiceで過渡解析を行い、損失計算を行う。 6.シリコンデバイスとSiCデバイスのケースで比較する。 目的:シリコンデバイスをSiCデバイスに置き換える事で、損失がどのくらい 削減出来るのか?高温の場合はどうなのか? 手段:回路解析シミュレータ(LTspice:フリーの回路解析シミュレータ)を活用 し、損失を簡単に早く求める。 対象回路:誘導負荷回路 シリコンデバイス構成 Si MOSFET:TK10A60D FRD:DF10L60 SiCデバイス構成 SiC MOSFET:SCU210AX SiC SBD:SCS110AG 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  160. 160. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 160 Inductive load ID SiC SBD SiC MOSFET Si MOSFET Inductive load Si Diode (Super Fast Recovery) ID シリコンデバイス構成 Si MOSFET:TK10A60D FRD:DF10L60 SiCデバイス構成 SiC MOSFET:SCU210AX SiC SBD:SCS110AG 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  161. 161. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 161 ID VDS VGS Test Circuit Measurement Waveform Si MOSFET Inductive load Si Diode (Super Fast Recovery) ID シリコンデバイス構成 Si MOSFET:TK10A60D FRD:DF10L60 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  162. 162. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 162 シリコンデバイス構成 Si MOSFET:TK10A60D FRD:DF10L60 Si MOSFET Model, with Body Diode Standard Model ID Simulation Circuit Si Diode (Super Fast Recovery) Inductive load 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション Simulation Waveform 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  163. 163. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 163 VDS Test Circuit Measurement Waveform SiC SBD SiC MOSFET Inductive load ID ID VGS SiCデバイス構成 SiC MOSFET:SCU210AX SiC SBD:SCS110AG 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  164. 164. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 164 SiCデバイス構成 SiC MOSFET:SCU210AX SiC SBD:SCS110AG Inductive load ID Simulation Circuit Simulation Waveform SiC SBD SiC MOSFET VGS 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  165. 165. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 165 SiCデバイス構成 SiC MOSFET:SCU210AX SiC SBD:SCU210AX Simulation Waveform Inductive load ID Simulation Circuit SiC SBD SiC MOSFET ID VDS Ploss 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  166. 166. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 166 ピーク・ターン オン損失(W) オン時の 飽和損失(W) ピーク・ターン オフ損失(W) Si Devices 175.23 36.90 285.57 SiC Devices 177.60 15.17 282.75 損失削減の効果 (Addition) (1.4%) 58.9% 1.0% SiC MOSFETの低オン抵抗が貢献している。 5.常温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  167. 167. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 167 SiC SBD Ta=25℃ Ta=125℃ Si Diode 6.高温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  168. 168. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 168 シリコンデバイス構成 Si MOSFET:TK10A60D FRD:DF10L60 Simulation Circuit Inductive load ID Si Diode(Super Fast Recovery) Ta=125C Si MOSFET Model, with Body Diode Standard Model Ta=125C Simulation Waveform 6.高温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  169. 169. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 169 SiCデバイス構成 SiC MOSFET:SCU210AX SiC SBD:SCU210AX Simulation Circuit Inductive load ID SiC SBD (Ta=125C) SiC MOSFET (Ta=125C) Simulation Waveform 6.高温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  170. 170. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 170 ピーク・ターン オン損失(W) オン時の 飽和損失(W) ピーク・ターン オフ損失(W) Si Devices 175.23 36.90 285.57 SiC Devices 177.60 15.17 282.75 損失削減の効果 (Addition) (1.4%) 58.9% 1.0% ピーク・ターン オン損失(W) オン時の 飽和損失(W) ピーク・ターン オフ損失(W) Si Devices 208.25 86.58 273.88 SiC Devices 169.77 19.14 273.68 損失削減の効果 18.5% 77.9% 0.1% 常温 高温 SiC MOSFETの低オン抵抗が貢献している。 SiC SBDの逆回復特性が貢献している。 6.高温における誘導負荷回路におけるスイッチング損失シミュレーション 5.2デバイスモデリング事例(次世代半導体)
  171. 171. 171 出展:TDK 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  172. 172. 172 降圧回路 降圧回路のタイミングチャート ①VCTRL ① ② ②IL ③ ③VL ④ ⑤ ⑥IF ⑤VDS ⑥ ④ID ⑦ ⑦VKA 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  173. 173. 173 降圧回路シミュレーションの回路図 http://youtu.be/NOS2cJSH2is 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  174. 174. 174 降圧回路シミュレーション結果起動状態の観察 シミュレーション結果の観察のポイントは、3つあります。 突入状態の観察 定常状態の観察 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  175. 175. 175 降圧回路シミュレーション結果(M1) 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  176. 176. 176 降圧回路シミュレーション結果(D1) 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  177. 177. 177 降圧回路シミュレーション結果(M1) 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  178. 178. 178 降圧回路シミュレーション結果(D1) 5.3トポロジーシミュレーション事例(降圧回路) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD
  179. 179. Index • Block Diagram • How to use concept kit • About Motor Generator Model • About Control Signal • About Buck Converter • About Li-Ion Battery • Simulation Result Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 179 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  180. 180. Block Diagram Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 180 MG 3-phase rectifier Buck Li-Ion Battery ChargeIGBT:300A/600V Step-down voltage Maximum Voltage=4.2[V] Capacity(CAh)=50[Ah] Amount of Batteries(N)=85Cells Vin=480[Vrms] Vout=630[V]5 Vin=630[V] 5 Vout=200-360[V] Frequency=50[Hz] VMAX=400[V] 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  181. 181. GND GND GND Charge Current Limit GND GND_SW Riso 100MEG 0 DMOD D7 GND Vrectif ier VD Cout 880uF WD U SPWM CTL1 CTL2 CTL3 Vref 1 Vref 2 Vref 3 VP WP A - + + - E7 E -1 0 DMOD D1 DMOD D3 D8 DCT300DJH060 DMOD D5 - + + - E8 E -1 0 DMOD D2 UP DMOD D4 UD R2 15k VP WP U1 CT300DJH060 - + + - E1 E 3 - + + - E3 E 3 - + + - E5 E 3 DMOD D6 00 0 UP U2 CT300DJH060 U3 CT300DJH060 R3 15k R4 15k VDUD WD - + + - E2 E 3 - + + - E4 E 3 - + + - E6 E 3 00 0 U4 CT300DJH060 - + + - E9 E -1 0 U5 CT300DJH060 U6 CT300DJH060 R5 15k R6 15k R7 15k 0 C V1 FREQ = 50 VAMPL = {Vrms*sqrt(2)} VOFF = 0 PHASE = 0 V2 FREQ = 50 VAMPL = {Vrms*sqrt(2)} VOFF = 0 PHASE = -120 V3 FREQ = 50 VAMPL = {Vrms*sqrt(2)} VOFF = 0 PHASE = -240 B PARAMETERS: Vrms = 280 GND_SW VG2 TD = 0 TF = 100n PW = {Duty _buck*(1/Freq_buck)} PER = {1/Freq_buck} V1 = 0 TR = 100n V2 = 0 D_disch D9 R9 15k V101 {(4.2*N)-(8.2m)}U8 CT300DJH060 - + + - E11 E 1 IBATT 0Vdc PARAMETERS: N = 85 CAh = 50 rate = 1 HI G2 R10 1u PARAMETERS: Voch = {(4.2*N)-(8.2m)} Capacity = 1 VG1 TD = 0 TF = 100n PW = {Duty _buck*(1/Freq_buck)} PER = {1/Freq_buck} V1 = 0 TR = 100n V2 = 15 + - U9 LI-ION_BATTERY SOC = 0 NS = {N} TSCALE = {3600*4} C = {CAh} C2 10n L1 225uH 1 2 C1 315uF VBATT PARAMETERS: Freq_buck = 10k Duty _buck = 0.44 rl1 10m n1 rc1 0.05m G1 R8 15k U7 CT300DJH060 - + + - E10 E 1 Simulation Circuit and Setting - Generator, 3 phase rectifier, Buck converter and Li-Ion Battery Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 181 3-phase rectifier Motor Generator Buck converter Li-Ion Battery Vrms=280V Freq_buck=10k Duty_buck=0.44 N=85 CAh=50 SOC : 0% http://www.ae.pwr.wroc.pl/filez/20110606092430_HEV_Toyota.pdf 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  182. 182. About Motor Generator Model Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 182 Phase angle between V1 and V2, V2 and V3, V3 and V1 are equaled 120 degree () 0 V1 FREQ = 50 VAMPL = {Vrms*sqrt(2)} VOFF = 0 PHASE = 0 V2 FREQ = 50 VAMPL = {Vrms*sqrt(2)} VOFF = 0 PHASE = -120 V3 FREQ = 50 VAMPL = {Vrms*sqrt(2)} VOFF = 0 PHASE = -240 PARAMETERS: Vrms = 280 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  183. 183. About Control Signal (1/3) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 183 VD WD U SPWM CTL1 CTL2 CTL3 Vref 1 Vref 2 Vref 3 VP WP - + + - E7 E -1 0 - + + - E8 E -1 0 UP UD - + + - E9 E -1 0 Double click Output voltage (3-phase motor generator) feed to Vref1, Vref2 and Vref3 Control Signal of Switching IGBT To Connected to Motor Generator 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  184. 184. About Control Signal (2/3) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 184 V4TD = 0 TF = {(0.5/Freq)} PW = 1n PER = {1/Freq} V1 = {Vsawh} TR = {(0.5/Freq)} V2 = {Vsawl} 0 PARAMETERS: Freq = 500 m1 = {Vsawh-Vsawl} m2 = {Vsawl-Vsawh} PARAMETERS: Vsawh = 3 Vsawl = -3 IN+ IN- OUT+ OUT- E1 IF(V(%IN+)>V(%IN-),1,-1) EVALUE 0 IN+ IN- OUT+ OUT- E2 IF(V(%IN+)>V(%IN-),1,-1) EVALUE 0 IN+ IN- OUT+ OUT- E3 IF(V(%IN+)>V(%IN-),1,-1) EVALUE 0 saw CTL3 CTL2 CTL1 - + + - E4 E 0.01 00 Vref 1 - + + - E5 E 0.01 0 0 Vref 2 - + + - E6 E 0.01 0 0 Vref 3 SPWM Reference voltage compared with sawtooth signal Sawtooth Signal 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  185. 185. About Control Signal (3/3) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 185 Vref1 Vref2 Vref3 CTL1 CTL2 CTL3 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  186. 186. About Buck Converter (1/2) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 186 GND GND_SW Riso 100MEG 0 D8 DCT300DJH060 DMOD D7 Vrectif ier Cout 880uF GND_SW VG2 TD = 0 TF = 100n PW = {Duty _buck*(1/Freq_buck)} PER = {1/Freq_buck} V1 = 0 TR = 100n V2 = 0 R9 15k U8 CT300DJH060 - + + - E11 E 1 G2 VG1 TD = 0 TF = 100n PW = {Duty _buck*(1/Freq_buck)} PER = {1/Freq_buck} V1 = 0 TR = 100n V2 = 15 L1 225uH 1 2 C1 315uF VBATT PARAMETERS: Freq_buck = 10k Duty _buck = 0.44 rl1 10m n1 rc1 0.05m G1 R8 15k U7 CT300DJH060 - + + - E10 E 1 No Use Voltage and Current are controlled by adjust “Duty_buck” parameter of Upper IGBT (U7) 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  187. 187. About Buck Converter (2/2) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 187 UPPER IGBT:VDS UPPER IGBT:VGS LOWER IGBT:VGS 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  188. 188. About Li-Ion Battery Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 188 GND GNDGND D_disch D9 V101 {(4.2*N)-8.2m} IBATT 0Vdc PARAMETERS: N = 85 CAh = 50 rate = 1 PARAMETERS: Voch = {(4.2*N)-8.2m} Capacity = 1 HI + - U9 LI-ION_BATTERY SOC = 0 NS = {N} TSCALE = {3600*4} C = {CAh} C2 10n “N” is Amount of Battery Cell “TSCALE={3600*4}” is meant 1second (simulation setting-runtime) equal 4 hours “CAh” is Capacity of Battery (ampere-hour capacity) 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  189. 189. Simulation Result (parametric sweep) Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 189 Duty_buck=0.44 Duty_buck=0.34 Duty_buck=0.24 Battery Voltage Battery Charging Current Buck: Output Voltage Buck: Gate Drive Voltage 3-phase rectifier: Output Voltage 3-phase Generator: Output Voltage 6 Hours Simulation time for 1 condition is about 15 minute 5.4システムシミュレーション事例(回生回路)
  190. 190. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 190 LTC4077での単体セルの充電 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  191. 191. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 191 LTC4077での単体セルの充電 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  192. 192. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 192 LTC4077での単体セルの充電 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  193. 193. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 193 LTC4077での単体セルの充電 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  194. 194. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 194 LTC4000での複数セルの充電(セルのバランシング) Case1: Battery Charger Circuit with Li-ion model (NS*=4)  Simulation Circuit and Setting Battery’s Timescale=360K, Simulation time: 10ms=1hour. NS* is the number of cells. Lithium Ion Battery • 3.7V – Nominal Voltage • 2200mAh – Nominal Capacity • 4-Cells *Analysis directives: • .tran 0 36.9ms 6.9m 1u startup • solver = Alternate • .options RELTOL=0.01 • .options VNTOL=1m • .options ABSTOL=1u • .options CHGTOL=100n • .options GMIN=1E-9 • .options ITL1=500 • .options ITL2=200 • .options ITL4=100 Integration Method: Gear 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  195. 195. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 195 LTC4000での複数セルの充電(セルのバランシング) Case1: Battery Charger Circuit with Li-ion model (NS*=4)  Simulation Result • Total elapsed time: 2667.251 sec. ≈ 45min. Charging Voltage Charging Current SOC: U3 (10ms/hour) 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  196. 196. 196 LTC4000での複数セルの充電(セルのバランシング) Case2: Battery Charger Circuit with Li-ion model (NS=14, Various Initial SOC)  Simulation Circuit and Setting Lithium Ion Battery • 3.7V – Nominal Voltage • 2200mAh – Nominal Capacity • 14-Cells Battery’s Timescale=360K, Simulation time: 10ms=1hour. NS* is the number of cells. *Analysis directives: • .tran 0 41ms 11ms 1u startup • solver = Alternate • .options RELTOL=0.01 • .options VNTOL=1m • .options ABSTOL=1u • .options CHGTOL=1n • .options GMIN=1E-8 • .options ITL1=500 • .options ITL2=200 • .options ITL4=150 Integration Method: Gear Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  197. 197. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 197 LTC4000での複数セルの充電(セルのバランシング) Case2: Battery Charger Circuit with Li-ion model (NS=14, Various Initial SOC)  Simulation Result • Total elapsed time: 4447.5 sec. ≈ 74min. (10ms/hour) Charging Voltage Charging Current SOC: U3 SOC: U4, U5, and U6 5.5詳細シミュレーション事例(リチウムイオン電池アプリケーション回路)
  198. 198. Copyright(C) MARUTSU ELEC CO. LTD 198 質疑・応答

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