Bee Style:vol.005

1. vol.005
Bee Style:
Sep 2009:Bee Technologies
新製品情報
デバイスモデル
[ショットキバリアダイオード]
スタンダード モデル
・
プロフェッショナル モデル
・
[フォトカプラ]
デザインキット
擬似共振電源回路
道具箱
gunplot
株式会社ビー テク
・ ノロジー

2. 新製品情報 ショットキバリアダイオード
[デバイスモデリング教材]
太陽電池モデル編 スタンダードモデル
プロフェッショナルモデル
[デザインキット]
D級アンプ回路
今回は2つの新製品のご紹介です。 ショットキバリアダイオードはスタンダード
モデルとプロフェッショナルモデルの2種類が
1つ目はデバイスモデリング教材 「太陽電池 あります。 ・ ノロジーのデバイスモデリ
ビー テク
モデル編」 です。 太陽電池のモデルを活用し、 ングサービスの中でも多くのお客様にご提供
最適な接続方法や、 あらゆる検証(気象条件の しております。シミュレーションの解析用途は、
影響を入れた場合、 パネルの一部の動作が悪 過渡解析を行い、 損失計算を行っているお客
い場合、 内部に漏れ電流が発生した場合)やア 様が多いです。
プリケーション回路開発時に太陽電池モデル
を活用したい方向けの教材です。 太陽電池の スタンダードモデルの場合、 ダイオードのパ
スパイスモデルのサンプルもありますので、 ラメータモデルを採用しております。 一般ダイ
色々と学習出来ます。 詳細は、 http://beetech. オード(スイッチングダイオード)との差異は、
web.infoseek.co.jp/products/material/ma- 順方向特性において、 N(エミッション係数)=1
terial_09.htmlをご参照下さい。 にFixedさせて、モデリングする事が大きな特
徴です。 スタンダードモデルの場合、 逆方向特
2つ目はデザインキッ トです。 回路シミュレ 性が降伏点のみの表現の為、 座標点1点しか
ーションのテンプレート集として即活用出来 再現性がありません。 その降伏点は、 モデルパ
ます。 回路方式ごとのご提供になります。 ゼロ ラメータBV,IBVで表します。
から回路解析をするのはハードルが高いの
で、 雛形(たたき台)としてご活用下さい。 今回 プロフェッショナルモデルは、 逆方向特性に
のご提供の回路方式は、D級アンプ回路」 「 で 再現性があります。 逆方向特性を等価回路で
す。 PSpiceにて動作致します。 実際にどういう 忠実に表現しております。 今までにも講演の
事が出来るのか？解析の精度はどのく らいな 機会がある毎に、 等価回路を公開しておりま
のか？詳細は、 http://beetech.web.infoseek. す。 このモデルの使用により、 順方向、 逆方向
co.jp/products/design/design_05.htmlを ともに解析精度良く シミュレーション出来ま
ご参照下さい。 解説書等の公開情報がありま す。 過渡解析をしても収束性にも考慮したモ
す。 PSpiceの機能を最大限活用したデザイン デルです。 このモデルはPSpice Modelでした
キッ トです。 が、 他のSPICE系シミュレータ(HSPICE,Smart
SPICE,MicroCap,ICAP,LTspice等)でも等価回
現在、製品開発中のデザインキッ トは、擬
「 路の移植が終了し、 多くのユーザーにご提供し
似共振電源回路」です。これは、多くのユーザ ております。 ケース バイ ケースですが、
・ ・ 逆回
ーからの要望があり、優先順位を上位にし、 開 復時間が確認出来るデバイスであれば、 モデ
発を進めています。 ルに組み込む事が出来ます。 以前のデバイス
デバイスモデリング教材:現在ご提供しているデバイスモデリング教材は、 今回ご紹介しました 「太陽電池モデル編」
も含め9種類あります。詳
細はこちらのURLをご参照下さい。http://beetech.web.infoseek.co.jp/products/material.html
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3. フォトカプラ
A V_V_I
0Vdc
E6
IN+ OUT+
IN- OUT-
EVALUE IN1
D1
DMA2SD10
0 IF(V(A,K)>0, V(A,K),0)
等価回路モデル
IN2
I(V_Ifwd)-V(I_rev)
V_Ifwd
0Vdc
K
E1 E2 E4
IF(V(A,K)>0, 0,V(A,K)) TABLE = ((-0.1,1.0) (0,0)) V(I_rev0)*V(Vr_small)-(-I(V_Irev))
Vrev Vrev1 Vr_small I_rev0 I_rev
IN+ OUT+ IN+ OUT+ IN+ OUT+ IN+ OUT+
IN- OUT- V_Irev IN- OUT- R1 IN- OUT- R2 IN- OUT- R3
EVALUE 0Vdc ETABLE EVALUE EVALUE
V(Vrev) 10M EG 10M EG 10M EG
D2
DMA2SD10
0 E3
2.0665e-9*(-V(Vrev))*(-V(Vrev))*(-V(Vrev))-2.3679e-8*(-V(Vrev))*(-V(Vrev))+5.2771e-7*(-V(Vrev))+0.3654e-6
Fig.1 等価回路図(SBD)
では、ショットキバリアダイオードは重金属の 1998年に私は前職の会社(新電元工業株式
為、逆回復時間はゼロと見なし、 TT=0とする事 会社)でサプライヤ企業(半導体メーカー、 受動
が多いのですが、 最近(2007年頃)では、 半導 部品メーカー、 合計18社)の協力を得て、 RCC
体企業によっては、 trrをデータシートに記載し 電源回路の全体シミュレーションに取り組ん
ています。その場合は、 trrの値からモデルパラ でいました。 電源IC、パワーMOSFET、 ダイオー
メータのTT値を算出し、 モデルに反映する事 ド、電解コンデンサ、 トランス、 トカプラ等
フォ
もあります。現在では、 多くのアプリケーション を集めたり、 モデル化していました(この取り組
にショットキバリアダイオードが採用されてい みは、 IBISサミット:米国、EIAJ(現JEITA:日本)で
ます。 発表しました)。 トカプラのスパイスモデル
フォ
との出会いはその頃です。 単純なInput:ダイオ
ショットキバリアダイオードの場合、 Si(シリ ード、Output:トランジスタです。 ダイオードか
コン)デバイスのみではなく、SiC(シリコンカー らトランジスタへの伝達特性は、 CTRを関数で
バイド)もスパイスモデルのご提供が可能で 組み込む事で表現された等価回路モデルで
す。お問い合わせ下さい。 す。その時代と現在(2009年)を比較すると、 フ
ォトカプラも多様化し、 採用されるアプリケー
SiCデバイスは、 米国を始め、 欧州でも実用 ション回路の種類も増えてきております。
化され、 回路にも部分的に採用されるように
なりました。 また、日本国内でもSiCのショット Fig.2にビー テク・ ノロジーが実績のあるス
キバリアダイオードは、 注目され、任意の回路 パイスモデルの回路シンボル図を示します。
にて、 SiデバイスとSiCデバイスで損失計算や、 また、 Fig.2に無いデバイスの種類でもモデ
周辺回路のデザインに回路解析シミュレーシ リング可能なものもありますので、 お問い合
ョンを行うお客様も2007年頃から増えてきま わせ下さい。 Fig.2は東芝セミコンダクター社
した。 たしかにSiCデバイスはシミュレーション のデータシートの回路図シンボルを抜粋し
でも損失は小さく、 省エネ(高効率)に貢献出 ています。 今回は、 TLP350を事例で示してい
来るデバイスだと確信しております。 また、SiC きます。 TLP350は、 分類では、 東芝フォ トカプ
では、 下記のデバイスのモデルを提供してお ラGaAlAs LED+フォ トICです。 使用用途は、 汎
ります。 用インバータ、 エアコン用インバータ、 パワー
MOSFETのゲートドライブ、 IGBTのゲートドラ
SiC SBD イブ、 IH応用です。 特にIGBT及びパワーMOS-
SiC JFET FETのゲート駆動用に適しています。
SiC MOSFET
SiC BJT(Bipolar Junction Transistor)
trr: 逆回復時間の名称です。 trr=trj+trbの関係があります。trrについては、 Style:vol.002をご参照下さい。
Bee
RCC: Ringing Choke Converter
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4. Photo coupler Symbol
Fig.2 デバイスモデリング実績のある回路図シンボル
デバイスモデリングを行う評価項目は以下 1 28. 7V 2 5. 0mA
の通りです。(2)以下、Characteristicsを紙面制
約上省略します。
(1)LED IV Curve Characteristics 14. 4V 2. 5mA
(2)Low Level Output Voltage
(3)High Level Output Voltage
(4)Low Level Output Current >>
(5)High Level Output Current 0V 0A
0s 1. 0us 2. 0us 3. 0us 4. 0us
(6)Low Level Supply Current 1 V( VO) 2 I ( I 1)
T i me
(7)High Level Supply Current
(8)Propagation delay Time
(9) Common Mode Transient Immunity
U1
NC VCC
I1
(CMH) I1 = 0
I2 = 5m K
A NC
VO
VO R1 V4
(10)Common Mode Transient Immunity
TR = 1n CI
20
TD = 0.5U NC GND
TF = 1n 0.1u 30
PW = 2u
(CML)
PER = 10u R2 TLP350 C1
1 10n
Propagation delay TimeをFig3に掲載し
0 0
ます。
Fig.3 シミュレーション結果
現在、 ・ ノロジーでは、
ビー テク トランジスタ出力の通常のフォ トカプラの場合、以前は納期が4週間でしたが、現在は2週
間まで短縮出来ました。 また、電流伝達率 （CTR） 特性につきましてもモデルの解析精度も向上致しました。是非、お問い
合わせ下さい。 お問い合わせ先: info@bee-tech.com
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5. デザインキット
18V
16V
14V
12V
10V
V( U1 5 : VCC)
200V
100V
SE L > >
0V
V( C1 : 1 ) V( U1 5 : VH)
擬似共振電源回路
5. 0V
～エコ設計で注目される回路方式～
2. 5V
0V
2 *V( U1 5 : I S) V( U1 5 : F B)
20V
18V
発売予定日 2009年9月中旬
：
16V
0s
V( VO_ 1 9 V)
5 ms 1 0 ms 1 5 ms 2 0 ms 2 5 ms 3 0 ms 価格 未定
：
T i me
今回のご紹介は、擬似共振電源回路」
「 で 今回の回路方式のキーデバイスは、 富士電
す。 現在、 ご提供している電源回路のデザイン 機デバイステクノロジー製品の 「FA5541」で
キッ トは下記の5回路方式です。 す。大きな特徴は、待機状態である軽負荷及び
(1)FCC回路 無負荷の状態時にスイッチング損失を削減さ
(2)RCC回路 せるため、発振周波数を低下させる機能を持
(3)低損失リニアレギュレータ っている。
(4)高精度リニアレギュレータ 動作原理は、一次側のPower MOSFETのド
(5)D級アンプ レイン電圧を補助巻線電圧で監視し、 トランス
に蓄積したエネルギーを二時側出力に供給
です。これらの情報は、 ・ ノロジーの
ビー テク 後、共振振動の電圧極小点でPower MOSFET
WEBサイトにてご紹介しております。
また、イン をONさせる回路です。エコ設計に貢献する回
バータ回路方式群も開発中です。 路方式であります。
K K1
K_Linear C6
COUPLING = 0.98
L1 = Ls
4700pF
L2 = Lp
L3 = Lsub
C_T1 DY G865C15R
D21
2200pF
D22
Rp_T1 L1
0.001 4.7uH RSL1
1 2 VO_19V
D23
D1 1m
R2 C3 2 1
56k 2200pF D24 3300uFx3
Lp Ls C4 C5 RL
{Lp} {Nsp*Nsp*Lp} 9900uF 1000uF 3.8
D3 ESR=20m/3 IC = 0
V1 C1 DERA38-06 ESR5
VOFF = 0 220uF 1 2 ESR4 20m
VAMPL = 141.42 D3SBA60/SDG IC = 0 6.7m
FREQ = 50
U1 R7 0
2SK3681-01S 2k
100V/50Hz Cd
220pF
PARAMETERS:
Np = 57
R15
200k
FB
R6
Ns = 10 10k
D2 R8 Nsub = 6
DERA15-01 10 4.7k C8 R3
R10 Lp = 360uH
2200pF 18k
Nsp = {Ns/Np} U14
R1 Rsns Nsubp = {Nsub/Np}
0 TLP281
7.5k 100 C9
0.22
R11 R5 2200pF
R14
100 D4
10k
R13 DSC902-2 U12
100k IS LMV431
R4
U15 15k
FA5541 R12 DERA22-02
ZCD 4.7 D5
ZCD VH
1
Lsub
FB NC {Nsubp*Nsubp*Lp}
C7
IS VCC
22pF FB
GND OUT
SSIC = 0 2
C12 C11 C2
1000pF 4700pF 33uF
IC = 0
0
Fig.4 擬似共振電源回路図
擬似共振電源回路及びFA5541については、富士時報 Vol.79 No.5 2006の398(54)から401(57)をご参照下さい。ICのブロック図、擬似共振動作の
解説(タイミングチャート)、間欠動作波形、電源回路への応用について、 非常に詳しく解説しております。 擬似共振電源回路の理解に役立ちます。
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6. キーデバイスは、 ICです。 このデザインキ 7. RCD Clamping network
ットの開発プロセスの80%がICのデバイス ・ 8. Power MOSFET switching device
モデリングに費やしております。 後は、Power 9. Schottky barrier diode D21 and D22
MOSFET、
トランス、 トカプラになります。
フォ 動 waveforms
作原理の通り、 トランスがありますので、 このシ 10. Photocoupler
ミュレーションでトランスの設定値をパラメー
タ化し、 活用しやすくなるように工夫しており 各評価シミュレーションに対して、収束エラ
ます。2009年9月中旬にはWEBサイトで詳細情 ー対策をしたシミュレーションデータがありま
報を公開致します。 また、 シミュレーション設定 すので、収束問題も解決済みです。
である.ICについて(Fig.5)も解説しています。 こ
れらの情報により、 回路解析シミュレーション エコ設計に期待されている回路方式です。
がスムーズになります。 デザインキッ トで何が 是非、このデザインキットをご活用下さい。
出来るのか？評価項目は下記の通りです。
[開発スケジュール]
1.Quasi-Resonant Switching Power Supply
19V/5A 詳細情報WEB公開 2009年9月8日
：
1.1 Output voltage 発売日 2009年9月10日
：
1.2 Output current
1.3 Output ripple voltage [備考]
1.4 Step-load response 大規模回路(ICの等価回含む)、トランス、 イ
2. Basic operation of switching power supply ンダクタンス(コイル),急変動作時にはSPICEは
using FA5541 解析時に収束問題が発生する事が多いです。
3. Start-up sequence simulation デザインキットは、 収束問題をあらゆる角度か
4. Bridge diode peak current at start-up ら回避及び解決していますので、 安心してご活
5. Transformer 用出来ます。
6. Transformer leakage inductance
K K1
K_Linear C6
COUPLING = 0.98
L1 = Ls
4700pF
L2 = Lp
L3 = Lsub
C_T1 DY G865C15R
D21
2200pF
D22
Rp_T1 L1
0.001 4.7uH RSL1
1 2 VO_19V
D23
D1 1m
R2 C3 2 1
56k 2200pF D24 3300uFx3
IC=139 Lp Ls C4 C5 RL
{Lp} {Nsp*Nsp*Lp} 9900uF 1000uF 3.8
D3 ESR=20m/3 IC = 0
V1 C1 DERA38-06 ESR5
VOFF = 0 220uF 1 2 ESR4 20m
VAMPL = 141.42 D3SBA60/SDG IC = 0 6.7m
FREQ = 50
U1 R7 0
2SK3681-01S 2k
100V/50Hz Cd
220pF
PARAMETERS:
Np = 57
R15
200k
FB
R6
Ns = 10 10k
D2 R8 Nsub = 6
DERA15-01 10 4.7k C8 R3
R10 Lp = 360uH
2200pF 18k
Nsp = {Ns/Np} U14
R1 Rsns Nsubp = {Nsub/Np}
0 TLP281
7.5k 100 C9
0.22
R11 R5 2200pF
R14
100 D4
10k
R13 DSC902-2 U12
100k IS LMV431
R4
U15 15k
FA5541 R12 DERA22-02
ZCD 4.7 D5
ZCD VH
1
Lsub
FB NC {Nsubp*Nsubp*Lp}
C7
IS VCC
22pF FB
GND OUT
SSIC = 0 2
C12 C11 C2
1000pF 4700pF 33uF
IC = 0
IC=10.19
0 (Value less than
VCCON)
Fig.5 事例 .ICの最適設定
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7. 道具箱
gunplot
数式を可視化し、理解を深め、イメージを掴む。
私がgunplotと出会ったのは最近(2008年 参考事例
12月)です。私は学生時代にはMathmaticaを (1) gunplot> splot x**2+y**2
研究室で使用していました。 2008年10月に研
究所の技術者に数式を可視化し、 センス向上
に使えないかと考えていました。 デバイスモデ
リング技術のコアは、 等価回路のスキルです。
しかし、 デバイスを扱う為、 物性の数式を理解
する事は大切な事です。 しかし、 複雑な数式が
多く、 頭の中で描くのは大変な事です。 よって、
関数を可視化する事で、 イメージ力を向上さ
せようとツール(道具)を探している時に、 お客
様との会話の中で、 このツールの存在を知り
ました。
(2) gunplot> splot x*sin(x+y)
実務書もAMAZONで検索すると、 数冊あり
ます。先ずは1冊選択し、 一連のチュートリアル
を体験しました。 2次元、3次元の可視化も出
来、使いこなせれば、 良い道具になると思いま
す。このソフトはフリー ソフトです。
・ WEBで検
索すると、かなりのユーザー事例があり、 参考
になります。オペレーションは非常に簡単で
す。主にコマンド+可視化させたい関数を入
力するだけです。 難点は、 起動時にフォントの
サイズを14くらいにしないと表示画面が見え
ないことです。 デフォルトで14ポイント程度で
コマンド入力の文字表示が出来れば完璧で (3) gunplot>splot 1/
す(ただたんに私が知らないだけかも知れま (x*x+y*y+5)*cos(0.1*(x*x+y*y))
せん)。
2009年2月より、
このツールに関して、社内
にて、 勉強会を開催し、全てのエンジニアが使
用するまでになりました。 ご参考までに3つの
可視化した画面を掲載します。
ご参考URLはこちらです。
http://www.gnuplot.info/
Bee Style: Volume 005
2009年9月3日 発行
編 者:株式会社ビー テク ・ ノロジー
発行人:堀米 毅
郵便番号105-0012 東京都港区芝大門1-5-3 大門梅澤ビル3階
Tel (03)5401-3851 (代表)
Fax (03)5401-3852
電子メール info@bee-tech.com
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