Simplorerモデルのデバイスモデリング

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Simplorerモデルのデバイスモデリング

  1. 1. Japan ANSYS Conference 2009<br />G6<br />Simplorerモデルのデバイスモデリング<br />株式会社ビー・テクノロジー<br />http://www.bee-tech.com<br />堀米 毅horigome@bee-tech.com<br />
  2. 2. Index<br />ビー・テクノロジーの事業内容<br />背景(シミュレーション環境)<br />Simplorerモデルのデバイスモデリング<br />IGBT<br />パワーMOSFET<br />トランジスタ<br />ダイオードモデルは省略、FWD及びBody Diodeで解説<br />
  3. 3. 1.事業内容<br />モデル<br />デザインキット回路方式のテンプレート<br />回路解析シミュレータ<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  4. 4. 1.事業内容<br />デバイスモデル、<br />シミュレーションに<br />関する月刊小冊子<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  5. 5. 2.背景<br />売上<br />Break Even Time<br />(損益分岐点到達時間)<br />利益<br />Break Even After Release<br />(販売開始後損益分岐点到達時間)<br />Time to Market<br />(商品開発時間)<br />累積コスト・投資<br />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<br />販売開始<br />開発開始<br />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<br />->1回でも試作回数を削減させるのが目的である<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  6. 6. 2.背景<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  7. 7. 2.背景<br />回路開発実験室と同じ環境をコンピュータ上に創る<br />自分が良く採用するデバイスのデバイスモデル(SPICE MODEL)を<br />最初から準備し、整備していく。<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  8. 8. 3.デバイスモデリング<br />IGBTについてはモデリングツールが提供されている<br />再現性のある電気的特性【IGBT】<br />伝達特性<br />飽和特性<br />スイッチング特性<br />出力特性<br />【FWD】<br />I-V特性<br />逆回復特性← Simplorerの大きな特徴<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  9. 9. 3.デバイスモデリング<br />IGBT 本体<br />Simplorerの場合、モデルパラメータのみで表現出来る<br />SPICEの場合、MOSFET+BJTの等価回路にてモデル化する<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  10. 10. 3.デバイスモデリング  IGBT本体<br />伝達特性<br />飽和特性<br />出力特性<br />スイッチング特性<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  11. 11. 3.デバイスモデリング  IGBTFWD<br />IV特性<br />順方向<br />逆回復特性<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  12. 12. 3.デバイスモデリング  IGBTFWD<br />電流減少率法でのtrr値<br />Simplorerの場合、モデルパラメータのみで表現出来る<br />そして、L負荷、インバータ回路のシミュレーションの<br />収束性も良くリアルタイムにシミュレーション出来る。<br />SPICEの場合、等価回路にてモデル化する<br />->非常に複雑な等価回路モデルの為、L負荷等では、<br />非常に収束性が悪くなる。.OPTION等で回避をする<br />が非常に困難である。<br />SPICEの弱点(逆回復特性)<br />ダイオードのモデルパラメータ:TT<br />測定方法がIFIR法でのtrr値<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  13. 13. IF<br />IR<br />3.デバイスモデリング  IGBTFWD<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  14. 14. 3.デバイスモデリング  IGBTFWD<br />ダイオードに流れる電流<br />i<br />VL<br />Lの両端の電圧<br />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。<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  15. 15. 3.デバイスモデリング  IGBTFWD<br />IF<br />t<br />Qrr<br />IR<br />trr<br />電流変化率di/dtが大きいとノイズの原因になる。<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  16. 16. 3.デバイスモデリング  IGBTFWD<br />I<br />F<br />t<br />Q<br />rr<br />I<br />R<br />t<br />rr<br />ソフト・リカバリー⇒青色の線<br />ハード・リカバリー⇒赤色の線<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  17. 17. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />再現性のある電気的特性【MOSFET】<br />伝達特性(Id-gfs特性)<br />Vgs-Id特性<br />Rds(on)特性<br />ゲートチャージ特性<br />スイッチング特性<br />出力特性<br />【ボディ・ダイオード】<br />I-V特性<br />逆回復特性← Simplorerの大きな特徴<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  18. 18. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  19. 19. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />パワーMOSFET:初期値を設定する<br />TYPE_FET using “-1” for P- MOS<br />TYPE_DYN using “1” for transient<br />VBREAK_DS > V(BR)DSS<br />VBREAK_GS > VGSS<br />IBREAK > ID_max<br />TEMPBREAK > Tj_max<br />VNOM = Condition VDD: switching time<br />INOM = Condition ID: switching time<br />ISAT0_FWD = 1.0E-15<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  20. 20. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />ボディ・ダイオード:初期値を設定する<br />- TYPE_D using “2” for rev.rec exp<br /><ul><li>TEMPAMB and TEMP0 using “25degree” for nominal working point</li></ul>- VBREAK > V(BR)DSS<br />- IBREAK > ID_max(mosfet)<br />- TEMPBREAK > Tj_max(mosfet)<br />- VNOM = Condition VDD: switching time(mosfet)<br />- C0_JNCT = 3pF<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  21. 21. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />Parameters Static Groups: Fitting values<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  22. 22. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />Vgs-Id Characteristic<br />Parameters: VP0, K0, N_FET<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  23. 23. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />Rds(on) Characteristic<br />Parameters: A_FET, M_FET<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  24. 24. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br />Parameters Dynamic Groups: Fitting values<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  25. 25. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br /> Gate Charge Characteristic<br />Parameters: C0_GS, C0_DG<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  26. 26. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br /> Capacitance Characteristic:Cbd-Vsd特性<br />Parameters: C0_DB, VDIFF_DB, ALPHA_DB, DELTA_DB<br />Cbd=Coss-Crss<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  27. 27. 3.デバイスモデリング  パワーMOSFET<br /> Switching Time Characteristic<br />Parameters: RG<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  28. 28. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />再現性のある電気的特性hFE-Ic特性<br />Vce(sat)-Ic特性<br />Vbe(sat)-Ic特性<br />出力特性<br />C-B 容量特性<br />E-B 容量特性<br />スイッチング特性<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  29. 29. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  30. 30. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />トランジスタ:初期値を設定する<br />TYPE_BJT using “1” for NPN Type<br />TYPE_DYN using “1” for transient<br />BN0 = hFE (Typ.) for Normal Current Gain<br />BI0 = hFE (Typ.) for Inverse Current Gain<br />ISAT0_FWD = 1.0E-15<br />TEMPAMB, TEMP0 and TEMPJNCT0 <br /> using “25degree” for nominal working point <br />VBREAK_CE > VCEO<br />VBREAK_BE > VEBO<br />IBREAK_C > IC_max<br />IBREAK_B > IB_max<br />TEMPBREAK > Tj_max<br />VNOM = Condition VCC: switching time<br />INOM = Condition IC: switching time<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  31. 31. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />Parameters Static Groups: Fitting values<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  32. 32. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />hFE-IC Characteristics<br />Parameters: BN0<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  33. 33. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />VCE(Sat)-IC Characteristics<br />Parameters: M0, RC<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  34. 34. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />VBE(Sat)-IC Characteristics<br />Parameters: ISAT0, RB<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  35. 35. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />Output Characteristics<br />Parameters: VEARLY<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  36. 36. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />Parameters Dynamic Groups: Fitting values<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  37. 37. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />C-B Capacitance Characteristic<br />Parameters: C0_BC, VDIFF_BC, ALPHA_BC, DELTA_BC<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  38. 38. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />E-B Capacitance Characteristic<br />Parameters: C0_BE, VDIFF_BE, ALPHA_BE, DELTA_BE<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  39. 39. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />Switching Characteristics<br />Parameters: TAU_BE<br />1/2<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  40. 40. 3.デバイスモデリング  トランジスタ<br />Switching Characteristics<br />Parameters: TAU_BE<br />2/2<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  41. 41. まとめ<br />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<br />めるよって、採用する部品のモデルは準備・整備<br />しておく。<br />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。<br />->FWD, ボディ・ダイオードは電流減少率モデル<br />  であり、モデル解析精度が非常に良い<br />All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.<br />
  42. 42. Bee Technologies Group<br />デバイスモデリング<br />スパイス・パーク(デバイスモデル・ライブラリー) <br />デザインキット<br />デバイスモデリング教材<br />【本社】<br />株式会社ビー・テクノロジー<br />〒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<br />代表電話: 03-5401-3851<br />設立日:2002年9月10日<br />資本金:8,830万円 (資本準備金:1,500万円)<br />【子会社】<br />Bee Technologies Corporation (アメリカ)<br />Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド) <br />お問合わせ先)<br />info@bee-tech.com<br />

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