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スパイスモデル解説:ダイオード編
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ビー・テクノロジーによるダイオードのスパイスモデルの解説です。
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スパイスモデル解説:ダイオード編
1.
ダイオードのスパイスモデル 株式会社ビー・テクノロジー http://www.bee-tech.com/ horigome@bee-tech.com スパイスモデル解説 1Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010 2010年10月21日(木曜日)
2.
Designer EDA Device Model Technology of Simulation 環境 2Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
3.
ABM=Analog Behavior Model 環境 3Copyright
(C) Bee Technologies Inc. 2010
4.
www.bee-tech.com 4Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
5.
55種類のデバイス、3,468モデル(2010年10月20日現在)をご提供中。 現在、グローバル版スパイス・パーク(2010年11月中旬にオープン)を準備中。 スパイス・パーク http://www.spicepark.com/ 5Copyright (C)
Bee Technologies Inc. 2010
6.
Bee Style:http://www.spicepark.com/ スパイス・パークのログイン後トップページにて、PDFでバックナンバーも含め PDF形式で参照及びダウンロード出来ます。 Bee Style: 6Copyright
(C) Bee Technologies Inc. 2010
7.
ダイオードのスパイスモデルの推移 スタンダード モデル (パラーメータ モデル) プロフェッショナル モデル (等価回路モデル) スペシャルモデル 電流減少率モデル 青色と橙色にはモデルの世界観が異なる 青色はIFIR法 橙色は電流減少率法 順方向特性(共通) 接合容量特性(共通) 逆回復特性(それぞれのモデルで特徴がある) 7Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
8.
ダイオードのスパイスモデルの推移 スタンダードモデル (パラーメータモデル) プロフェッショナルモデル (等価回路モデル) スペシャルモデル 電流減少率モデル デバイスモデリング教材をご活用下さい(12種類) 8Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
9.
ダイオードのスパイスモデルの種類 一般に、デバイスモデルは、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。 スタンダードモデル →逆回復特性(trr)をモデルパラメータTTのみで表現する プロフェッショナルモデル →逆回復特性(trr)を波形レベル(trr=trj+trb)で等価回路で表現する。 9Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
10.
逆回復時間の定義 逆回復特性の定義(IFIR法) 10Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
11.
ダイオードのスタンダードモデル *$ *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 *$ 11Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
12.
ダイオードのスタンダードモデル 12Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
13.
ダイオードモデルのネットリスト 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. .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. .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 *$ プロフェッショナルモデル 13Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
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ダイオードモデルによる逆回復特性の違い Measurement Measurement スタンダードモデル プロフェッショナルモデル 14Copyright
(C) Bee Technologies Inc. 2010
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スペシャルモデル(電流減少率モデル) 電流減少率モデルは、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。 等価回路のポイント trb期間中の時定数 CR t Ii exp CR 電流減少率モデルは、ダイオード単体だけではなく、パワーMOSFETの ボディ・ダイオード、IGBTのFWDにも採用されています。 15Copyright
(C) Bee Technologies Inc. 2010
16.
スペシャルモデル(電流減少率モデル) IF IR dt di LVL 16Copyright (C)
Bee Technologies Inc. 2010
17.
スペシャルモデル(電流減少率モデル) i VL 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 17Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
18.
スペシャルモデル(電流減少率モデル) i VL Lの両端の電圧 ダイオードに流れる電流 インダクタンスLの両端にVLの電圧が発生し、ノイズを引き起こす。 dt di LVL 18Copyright (C)
Bee Technologies Inc. 2010
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スペシャルモデル(電流減少率モデル) trr IR Qrr t IF 電流変化率di/dtが大きいとノイズの原因になる。 19Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
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スペシャルモデル(電流減少率モデル) 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 20Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデルの推移 スタンダード モデル (パラーメータ モデル) プロフェッショナル モデル (等価回路モデル) SiC SBD モデル (等価回路モデル) 青色はSiデバイス 橙色はSiCデバイス 赤で囲まれた等価回路は共通 順方向特性(共通) 接合容量特性(共通) 逆方向特性(それぞれのモデルで特徴がある) 21Copyright
(C) Bee Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデル SiからSiC(シリコン・カーバイド)への期待 SiC(シリコン・カーバイド)は3つの大きな特徴があります。 (1)リカバリー時間が非常に小さい SiCデバイスは多数キャリア・デバイスの為、蓄積された少数キャリアが ありません。よって、逆回復電流がありません。これは-di/dt法で逆回復 特性を測定した場合のtrrが非常に小さい値である事を意味します。 (2)ブレークダウン電圧がシリコンの約10倍 Siデバイスと比較して約10倍高いSiCデバイスは、オン抵抗を低くする事が 出来、これが大きな特徴になります。 (3)バンドギャップがSiデバイスの約3倍 スパイスのモデルパラメータではEGに相当します。Siデバイスの場合、 EG=1.11ですが、SiC(6H)の場合、EG=2.86、SiC(4H)の場合、EG=3.02と なります。 22Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデル(等価回路モデル) SiCショットキ・バリア・ダイオードの等価回路図 (Bee Technologies
Model) K R1 10MEG V_If wd 0Vdc D4 CSD01060 Vrev 0 0 D3 CSD01060 N00040 IN2 I_rev R3 10MEG IN E4 V(I_rev 0)*V(Vr_small)-(-I(V_Irev )) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- I_rev 0 E6 IF(V(A,K)>0, V(A,K),0) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- E1 IF(V(A,K)>0, 0,V(A,K)) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- R2 10MEG I(V_If wd)-V(I_rev ) V_V_I 0Vdc E2 V(Vrev ) ETABLE TABLE= ((-0.1,0.74(0,0)) OUT+ OUT- IN+ IN- Vrev 1 A V_Irev 0Vdc E3 1.4857e-08*exp(0.0089931*(-V(Vrev))) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- Vr_small 23Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデル(等価回路モデル) D1 FSQ05A04_25DEG01 V_I 0Vdc IN E1 IF(V(A,K)>0, 0,V(A,K)) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- Vrev 0 V_Irev 0Vdc Vrev1 E2 V(Vrev) ET ABLE TABLE
= (-0.1,1) (0,0) OUT+ OUT- IN+ IN- R1 10Meg Vr_small E3 2.51E-6*exp(0.0532306*(-V(Vrev))) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- R2 10Meg I_rev0 D2 FSQ05A04_25DEG01 A I(V_Ifwd)-V(I_rev) E4 V(I_rev0)*V(Vr_small)-(-I(V_Irev)) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- R3 10Meg I_rev E6 IF(V(A,K)>0, V(A,K),0) EVALUE OUT+ OUT- IN+ IN- 0 V_Ifwd 0Vdc K IN2 Vr Ir y=ln(Ir) k=ln(A) 傾き m=B*ln(e) y=m*Vr+A ln(Ir)=Vr*B*in(e)+ln(A) Vr_small 24Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデル(等価回路モデル) *$ * PART NUMBER:CSD01060A *
MANUFACTURER: Cree, Inc. * VRM=600,Io=1A * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. .SUBCKT CSD01060A PIN1 PIN2 CASE X_U1 PIN2 CASE CSD01060_pro R_Rs PIN1 CASE 10u .ENDS *$ .SUBCKT CSD01060_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 { 1.4857e-08*exp(0.0089931*(-V(Vrev))) } E_E4 I_REV 0 VALUE { V(I_rev0)*V(Vr_small)-(-I(V_V_Irev)) } E_E6 IN K VALUE { IF(V(A,K)>0, V(A,K),0) } V_V_Irev VREV1 VREV 0Vdc G_ABMI1 N00040 K VALUE { I(V_V_Ifwd)-V(I_rev) } E_E2 VR_SMALL 0 TABLE { V(Vrev) } + ( (-0.1,1) (0,0) ) D_D3 IN IN2 DCSD01060 R_R1 0 VR_SMALL 10MEG D_D4 VREV1 0 DCSD01060 R_R2 0 I_REV0 10MEG R_R3 0 I_REV 10MEG .MODEL DCSD01060 D + IS=10.000E-21 N=.84507 RS=.37671 IKF=12.100 + CJO=111.88E-12 M=.39264 VJ=.54581 + BV=1000 IBV=20.000E-6 + ISR=0 NR=1 EG=3.0 TT=0 .ENDS *$ スパイス・パークで無償提供中 http://www.spicepark.com 25Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデル(等価回路モデル) Reverse Characteristic V_V1 0V 0.2KV
0.4KV 0.6KV 0.8KV 1.0KV I(R1) 0A 10uA 20uA 30uA 40uA 50uA V1 0Vdc R1 0.01m 0 PIN1 PIN2 CASE 26Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
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ショットキ・バリア・ダイオードモデルの情報提供 デバイスモデリング研究所(http://beetech-icyk.blogspot.com/) 27Copyright (C) Bee
Technologies Inc. 2010
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Bee Technologies Group お問合わせ先) info@bee-tech.com 【本社】 株式会社ビー・テクノロジー 〒105-0012
東京都港区芝大門二丁目2番7号 7セントラルビル4階 代表電話: 03-5401-3851 設立日:2002年9月10日 資本金:8,830万円 【子会社】 Bee Technologies Corporation (アメリカ) Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド) 本ドキュメントは予告なき変更をする場合がございます。 ご了承下さい。また、本文中に登場する製品及びサービス の名称は全て関係各社または個人の各国における商標 または登録商標です。本原稿に関するお問い合わせは、 当社にご連絡下さい。 28Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2010
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