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PSpiceアプリケーションセミナー(06DEC2012)

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2012年12月6日に開催されたPSpiceアプリケーションセミナーのビー・テクノロジーの担当分の
プレゼン資料

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PSpiceアプリケーションセミナー(06DEC2012)

  1. 1. PSpiceアプリケーションセミナー 1.回路解析シミュレータを活用するための環境 1-1. スパイスモデルについて 1-2. シンプルモデルについて 1-3. 用途に応じたスパイスモデルについて 1-4. スパイスモデルの入手方法について 1-4-1. スパイス・パーク 1-4-2. デバイスモデリングサービス 2.回路方式をテンプレート化する 2-1. コンセプトキット 2-2. デザインキット 2-3. デザインキットの配信サービスについ 3.てセンサーのデバイスモデリング 3-1. 酸素センサーのデバイスモデリング 3-2. フォトインタラプタのデバイスモデリング 3-3. フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーション 株式会社ビー・テクノロジー http://www.beetech.info 2012年12月6日 堀米 毅 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 1
  2. 2. 1.回路解析シミュレータを活用するための環境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 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 2
  3. 3. 1.回路解析シミュレータを活用するための環境【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) Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 3
  4. 4. 1.回路解析シミュレータを活用するための環境 PSpice 電子機器業界 LTspice 社会インフラ MicroCap 自動車業界 Multi Sim 半導体業界 EDA ツール ICAP ヘルスケア 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 回路設計者見えない素子をいかに、盛り込むか? 様々な電子部品のスパイスモデル をいかに作成するか? シミュレーション 技術 スパイスモデル 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 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 4
  5. 5. 1.回路解析シミュレータを活用するための環境【スパイスモデル】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 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 5
  6. 6. 1-1.スパイスモデルについて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。 バックグランドのデータ スパイスモデル + 【デバイスモデリングレポート】スパイスモデルは、SPICE記述 評価シミュレーションをする事でで書かれたネットリストであり、 人間が理解できる電気的特性図機械可読のデータ にて参照する⇒人間可読 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 6
  7. 7. 1-1.スパイスモデルについて 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 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 7
  8. 8. 1-1.スパイスモデルについて SiC Schottky Diode Reverse Characteristic(逆特性) Bee Technologies model Cree’s model SiC:シリコンカーバイド Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 8
  9. 9. 1-1.スパイスモデルについて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。 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 9
  10. 10. 1-2.シンプルモデルについて 製品 価格(円) PSpice版DCDCコンバータモデル 15,750 ご提供開始DCACインバータモデル 15,750 ご提供開始DCAC3相インバータモデル 15,750 ご提供開始DC電源モデル 15,750 ご提供開始ヒューズモデル 31,500 ご提供開始トランスモデル 84,000 N/Aリチウムイオン電池モデル 84,000 ご提供開始ニッケル水素電池モデル 84,000 ご提供開始鉛蓄電池モデル 84,000 ご提供開始3相ACモーターモデル[New] 52,500 ご提供開始DCモーターモデル[New] 52,500 ご提供開始ユーザーが定義できるパラメータモデル。あったら便利なアプリ的なスパイスモデルであり、汎用性があります。詳細は、http://ow.ly/5sw4N をご参照下さい。 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 10
  11. 11. 1-2.シンプルモデルについて Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 11
  12. 12. 1-3.用途に応じたスパイスモデルについて【ダイオードモデルについて】 パラメータ・モデル ビヘイビア・モデル=等価回路モデル =スタンダード・モデル =プロフェッショナル・モデル *$ * PART NUMBER: 1SR139-400*$ * MANUFACTURER: ROHM* PART NUMBER: 1SR139-400 * VRM=400,Io=1.0A=IFSM=40A* MANUFACTURER: ROHM * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2004 .SUBCKT D1SR139-400 A K* VRM=400,Io=1.0A=IFSM=40A R_R2 5 6 3500* All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2004 R_R1 3 4 1.MODEL 1SR139-400 D C_C1 5 6 100p+ IS=11.797E-12 E_E1 5 K 3 4 1 S_S1 6 K 4 K _S1+ N=1.3533 RS_S1 4 K 1G+ RS=52.928E-3 .MODEL _S1 VSWITCH Roff=50MEG Ron=1m Voff=90mV Von=100mV+ IKF=.20632 G_G1 K A VALUE { V(3,4)-V(5,6) }+ ISR=0 D_D1 2 K D1SR139-400 D_D2 4 K D1SR139-400+ CJO=22.539E-12 F_F1 K 3 VF_F1 1+ M=.36819 VF_F1 A 2 0V+ VJ=.46505 .MODEL D1SR139-400 D+ BV=400 + IS=11.801E-12 + N=1.3533+ IBV=10.000E-6 + RS=52.928E-3+ TT=7.6751E-6 + IKF=.20632.ENDS + ISR=0*$ + CJO=22.539E-12 + M=.36819 + VJ=.46505 + BV=400COMPONENTS: + IBV=10.000E-6 + TT=3.8551E-6DIODE/ GENERAL PURPOSE RECTIFIER .ENDSPART NUMBER: 1SR139-400 *$MANUFACTURER: ROHM Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 12
  13. 13. 1-3.用途に応じたスパイスモデルについて【ダイオードモデルについて】 パラメータ・モデル ビヘイビア・モデル=等価回路モデル =スタンダード・モデル =プロフェッショナル・モデル Measurement Measurement Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 13
  14. 14. 1-4. スパイスモデルの入手方法について (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【まとめ】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 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 14
  15. 15. 1-4-1. スパイス・パーク 購入し やすい 便利 検証 データ http://www.spicepark.com 約4,000モデル ダイオード、SBD、トランジスタ、パワーMOSFET、IGBTのスパイスモデルの価格を 大幅値下げ1-4-2. デバイスモデリングサービス ビー・テクノロジーの製品のラインナップをご参照下さい。 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 15
  16. 16. 2-1. コンセプトキット2-2.デザインキット デザインキット 分野 コンセプトキット FCC回路 電源回路ユニポーラステッピングモータ制御回路 RCC回路 電源回路バイポーラステッピングモータ制御回路 低損失リニアレギュレータ 電源回路 高精度リニアレギュレータ 電源回路アベレージモデルの降圧コンバータ D級アンプ アンプ回路過渡解析モデルの降圧コンバータ 擬似共振電源回路 電源回路 マイクロコントローラ 電源回路アベレージモデルの昇圧コンバータ ステッピングモータドライブ回路 モーター制御回路過渡解析モデルの昇圧コンバータ PWM ICによる電源回路 電源回路3相ACモーターインバータ回路 バッテリー回路(リチウムイオン電池) バッテリーアプリケーション回路 バッテリー回路(ニッケル水素電池) バッテリーアプリケーション回路 バッテリー回路(鉛蓄電池) バッテリーアプリケーション回路 DCDCコンバータ 電源回路 DCモータ制御回路 モーター制御回路 PFC電源回路 電源回路 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 16
  17. 17. 2-3.デザインキット デザインキット(日本語、英語版) 電源回路、コンバータ、インバータのデザインのテンプレートをご提供する 25回路方式 解説書 スタンダード版(1,000円+Tax) プロフェッショナル版(10,000円+Tax) 回路解析シミュレータ PSpice LTspice + Kindle Version OR PDF Version Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 17
  18. 18. 2-3.デザインキット(電子書籍+回路解析シミュレータ)ご提供予定の回路方式 降圧チョッパ ZETA 電流モード 昇圧チョッパ 絶縁CUK 力率改善 昇降圧チョッパ 電圧共振 マルチフェーズ フォワード 電流共振 電流型 フライバック 共振 三相フルブリッジインバータ フルブリッジ E級共振 ハーフブリッジ 複共振 プッシュプル アクティブクランプ CUK 位相シフト SEPIC 同期整流 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 18
  19. 19. 3-1 酸素センサーのデバイスモデリング Minus Plus COMPONENTS: O2 Sensor PART NUMBER: KE-12 MANUFACTURER: GS YUASA REMARK: Fixed Input O2 Parameter Model Rop 1G E2 + - + E - IC = 0 {tr/(2.3026*1E6)} C1 N3 R1 1MEG N2 OUT- OUT+ E1 EVALUE 0+0.14*V(%IN+, %IN-) IN- IN+ N1 0 1 OUT 0 1 IN VO2 {O2_Percent} 0 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 19
  20. 20. 3-1 酸素センサーのデバイスモデリング Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 20
  21. 21. 3-2 フォトインタラプタのデバイスモデリング d U1 *$ CNZ1023 * PART NUMBER: CNZ1023 2 3 * MANUFACTURER: PANASONIC * VCEO=30V, IF=50mA 1 4 * All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Corporation 2012 .SUBCKT CNZ1023 1 2 3 4 5 Q_Q1 3 N2 4 QCNZ1023 V_VF N1 2 0Vdc G_G1 4 N2 VALUE { I(V_VF)*V(N3) } E_E1 N3 0 TABLE { V(5, 0) } + ( (2.184,1) (2.368,0.967) (2.631,0.02) (2.736,0) ) R_Rdmy N3 0 1G C_C3 3 N2 70p C_Ciso2 2 4 0.228p C_Ciso1 1 3 0.205p D_D1 1 N1 DCNZ1023 C_C2 3 4 16.9n C_C1 N2 4 50n .MODEL QCNZ1023 NPN + IS=1e-014 BF=149.85 VAF=30 IKF=0.00098536 (省略) + TF=4.3e-006 XTF=10 VTF=10 ITF=1 TR=1e-008 .MODEL DCNZ1023 D + IS=1.1569e-012 N=1.9605 RS=3.1133 (省略) .ENDS CNZ1023 *$ Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 21
  22. 22. 3-2 フォトインタラプタのデバイスモデリングLED IV Curve Characteristics Reverse Recovery CharacteristicsCapacitance Characteristics Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 22
  23. 23. 3-2 フォトインタラプタのデバイスモデリングCTR (Current Transfer Ratio) Characteristics (VCE=5V) Turn-on Time Characteristics (RL=100Ω)Output Voltage Characteristics Turn-off Time Characteristics (RL=100Ω) Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 23
  24. 24. 3-2 フォトインタラプタのデバイスモデリング Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 24
  25. 25. 3-2 フォトインタラプタのデバイスモデリング Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 25
  26. 26. 3-3 フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーション U1 CNZ1023 5mm Symbol Distance: d tOFF tr tON tf tOFF IC=0% IC=100% IC=0%Distance 5mm 0mm Time 191us 382us 191us Vpulse Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 26
  27. 27. 3-3 フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーション 【Dタイプのフリップフロップを用いた方向検出】VCC 5V 5V VCC 5V V3 5V INPUT d1 R11 300 0 0 U7 V4 VCC Q3:Green E1L5-Y C1A_PRO GREEN d1 0 U1 R5 5V CNZ1023 4.7k U3A GREEN A1 1 2 A R12 R7 U5A R9 300 R1 7414 HI 50 1 2 Q3 out1 Q1 Q2SC1815 7414 2k Q2SC1815 D1 0 470 C1 DEFR5365S 1 R3 0.1uF 7474 1k 0 CLR 3 6 Qbar CLK Q VCC 0 Q4:Red 2 5 Q RED PRE D Q R4 U2 1k U4A 4 R2 C2 CNZ1023 out2 Q2SC1815 0.1uF RED Q2 U6B R10 U8B HI 470 3 4 Q4 B1 3 4 B Q2SC1815 7414 2k 7414 R8 R6 50 d2 4.7k 0 V5 0 VCC 0 INPUT d2 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 27
  28. 28. 3-3 フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーション Select Typical Check Change “X: to be “0” Change “1” to be “2” Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 28
  29. 29. 3-3 フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーション Green LED turned on Green LED turned off / Red LED turned off / Red LED turned on INPUT d1 OFF INPUT d1 ON INPUT d2 OFF INPUT d2 ON Input: CNZ1023 Output Red LED ON Green LED ON Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 29
  30. 30. 3-3 フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーションVCC 5V 5V VCC 5V V3 5V INPUT d1 R11 300 0 0 U7 V4 VCC Q3:Green E1L5-Y C1A_PRO A GREEN d1 0 U1 CNZ1023 R5 4.7k U3A Qbar 5V GREEN A1 1 2 A R12 R7 U5A R9 300 R1 7414 HI 50 1 2 Q3 out1 Q1 Q2SC1815 7414 2k Q2SC1815 D1 0 470 C1 DEFR5365S 1 R3 0.1uF 7474 1k 0 CLR 3 6 Qbar CLK Q VCC 0 Q4:Red 2 5 Q RED PRE D Q R4 U2 1k U4A 4 R2 C2 CNZ1023 out2 Q2SC1815 0.1uF RED Q2 U6B R10 U8B HI 470 3 4 Q4 B1 3 4 B Q2SC1815 7414 2k 7414 Q R8 R6 B 50 d2 4.7k 0 V5 0 VCC 0 INPUT d2 Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 30
  31. 31. 3-3 フォトインタラプタのアプリケーション回路シミュレーション 5 to 0 edge 5 to 0 edge Input: CNZ1023Node A,B D flip-flop Output D flip-flop Output Copyright (C) Bee Technologies Inc.2012 31

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