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Bee Style:vol.004

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  1. 1. vol.005Bee Style:Sep 2009:Bee Technologies 回路シミュレーション活用方法 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 部分共振回路 道具箱  gunplotbee-tech.com株式会社ビー テク ・ ノロジー
  2. 2. スパイスモデル 2009年度下期 重点分野について デザインキット 回路方式のテンプレート集 株式会社ビー テク ・ ノロジー 回路解析シミュレータ 代表取締役 堀米 毅 SPICE horigome@bee-tech.com ビー テク ・ ノロジーは設立当初より、 各電子 ビー テク ・ ノロジーから直接スパイスモデルを部品のスパイスモデルをご提供して参りまし 購入した場合、収束問題の回避方法も含めて、た。その後、お客様の行いたい回路解析シミュ サポートしております。レーションのお手伝いした中で、シミュレーション技術の蓄積を行ってきました。その中で、  お客様の要求仕様にあったシミュレーショゼロから回路解析シミュレーションを行うのは ンデータのご提供は、 カスタム仕様です。 それ手間がかかる。大変だ。という要望に応え、お を汎用化させたものが、デザインキッ で 「 ト」客様の要求仕様にあった回路方式のシミュレ す。 現在、 電源回路を中心に4回路方式をご提ーションデータのご提供を開始しました。 供しております。 WEBサイト(http://www.bee- tech.com/)をご参照下さい。 まず、お客様の行いたいシミュレーションのヒアリングを行い、 シミュレーションを行う回  最近のお客様のカスタム仕様のデザインキ路図を机上にのせ、 シミュレーションに強く影 ットは、ICを含めたアプリケーション回路が増響するモデリング対象のキー デバイスを決定 ・ えております。 LEDのドライブ回路、CCFLのドします。その中には、 半導体企業から入手可能 ライブ回路、 マイクロコントローラを含めた回なスパイスモデルもあります。 入手が出来ない 路、モータドライブ回路、 センサー回路、 DCDC電子部品のスパイスモデルをビー テク ・ ノロジ コンバータ(昇圧方式及び降圧方式)、 D級アンーがご提供し、 回路図に隠れた素子を考え、 シ プ等です。ミュレーションデータをご提供しています。 ある部分で解析精度を向上させたい場合、 採用  ビー テク ・ ノロジーの2009年下期の重点項するスパイスモデルを、 高精度のスパイスモ 目は、デザインキットのラインナップの強化でデルを使用します。 基本的に解析精度を向上 す。 このシミュレーションのテンプレートをごさせたスパイスモデルは、 単純なパラメータ 提供することで、回路設計者のお役に立てれモデルではなく、 複雑な等価回路モデルです。 ばと思います。それらを使用した場合、 解析における収束性が悪くなり、途中で計算を止めてしまいます。  また、お客様が「こんなシミュレーションをそうなると、解析業務がストップしてしまいま したい。、こんなことはシミュレーションでも 」「す。大体は、SPICEの.OPTIONの設定を変更す 出来ますか?」など、お気楽にお問い合わせ下ることで、回避出来ますが、 それでも回避不可 さい。能な場合も多々あります。 それは、 回路構成自体に問題がある場合が多く、 経験豊富なエンジニアが経験則から回避する事が多いです。CCFL:冷陰極蛍光ランプは、「放電」と「蛍光」の2つの現象を利用した照明装置です。DCDCコンバータ: 直流電圧を別の直流電圧に変換する回路です。 Page 1
  3. 3. パワーMOSFET スタンダードモデル プロフェッショナルモデル ビー テク ・ ノロジーのデバイスモデリング ・ 再現性を持たせています。こうすることで、 スイサービスの中でもご提供が多いのが、 パワー ッチング特性も正確さが増すため、損失計算MOSFETです。その中でもプロフェッショナル が出来ます。モデルは好評を得ております。  パワーMOSFETの素子の構成は、 本体の プロフェッショナルモデルが登場した背景 MOSFETとボディ ダイオードで構成されてい ・は、自動車業界の要求が一番強かったです。 今 ます。 また、 半導体メーカーによっては、 ESD素から7年間、ハイブリッ ド自動車を開発してい 子も入っております。 これらの2素子から3素子るところから、正確な損失計算をシミュレーシ での構成です。 データシートの回路図シンボョンで行いたいと言うニーズでした。 それまで ルには、 MOSFETの記号しか無い場合にも、 ボは、一般的なMOSFET LEVEL=3モデルを採用 ディ ダイオードやESD素子が含まれている場 ・しておりました。当社ではこのモデルをスタン 合もありますので、 半導体メーカーにご確認ダードモデルと位置づけています。 スタンダー 下さい。 ボディ ダイオードは、 ・ 逆回復時間を測ドモデルを使用する機会はあります。 動作波 定することで、 ESD素子は、カーブ トレーサー ・形を確認する場合とか、 デバイスの耐圧を超 でその有無を確認する事が出来ます。 ボディ ・過していないかをシミュレーションで波形確 ダイオード[=ダイオード]にはスタンダードモ認する場合です。SPICEのシミュレーションに デル、 プロフェッショナルモデル、 スペシャルモは破壊の概念はありませんので、 耐圧を超え デル(電流減少率モデル)がありますので、 Beeてもシミュレーションは出来てしまいますが、 Style: vol.002をご参照下さい。耐圧の電圧ライン及び電流ラインを表示させ、波形と重ねることで、 判断は出来ます。  また、同一チップでもパッケージが異なる 場合、任意で抵抗値あるいはインダクタンス値 スタンダードモデルの弱点はミラー効果が をピンの前に挿入する事があります。これは、無い事です。つまり、 ミラー容量がありません。 電気的特性を補正するためであり、ケース バ ・電気的な特性項目では、ゲート チャージ特性 ・ イ ケースになります。 ・にその不具合が出てきます。シミュレーションでは過渡解析において、スイッチング波形に  今回解説したのはディスクリート部品のその影響が出ます。 MOSFETです。 ウエハー内のデバイスモデルで ありますBSIMモデルについてもお問い合わせ プロフェッショナルモデルは、 MOSFET 下さい。 コストを抑えたモデルのご提供が可LEVEL=3をベースにし、ミラー容量を等価回路 能です。で機能を持たせ、 ゲートチャージ特性にBSIMモデル: シリコンウェハー内を構成するMOSFETの標準モデルであり、BSIM3,BSIM4とありますが、 情報流通されているのは、BSIM3モデルが多いです。 これらのモデルの場合、 回路解析シミュレータのプラッ トフォームは、 HSPICE, Smart SPICE等になります。 Page 2
  4. 4. スピーカー 電気的インピーダンス 機械的インピーダンス 「スピーカー」のスパイスモデルのご提供を R1 1 L1 2開始致しました。このスパイスモデルは、D級 1アンプのデザインキッ トにも採用されていま C1 C2 R2す。一般的なスピーカーの等価回路図をFig.1 L2に示します。 2 R1 L1 1 2   Fig2.スパイスモデルの等価回路図 1 C1 R2  事例は、 FOSTEXのフルレンジ スピーカー ・ です。 データシートは、 メーカーのWEBサイト L2 2 よりダウンロード出来ます。 対象製品型名は、 F200Aです。 Fig.1 スピーカーの一般的な等価回路図 180 160 140 R1,L1は電気的インピーダンスを表現してお 120り、C1,L2,R2にて機械的インピーダンスを表現 100しています。 80  60 40 20 回路の負荷がスピーカーの場合、 カタログ 0記載の抵抗値を負荷抵抗でシミュレーション 2 0 Hz 1 0 0 Hz V( V1 : +) / I ( V1 ) 1 . 0 KHz 1 0 KHzするケースが多いのですが、D級アンプの回 F r eq u en c y路にて、負荷抵抗のみで置き換えた場合、 実機の波形とシミュレーションの波形が異なり  Fig.3 インピーダンス特性シミュレーションました。  結果は、Fig.3の通りです。 デバイスモデリングの際、 解析精度を向上させるため、 ・ ノロジーでは、 ビー テク Fig.2の  負荷がスピーカーの場合、上記のスパイス等価回路図(機械的インピーダンスにC2を追 モデルを採用し、インピーダンス特性を加味し加しています)を採用し、任意のスピーカーの たシミュレーションをしては如何でしょうか?インピーダンス特性になるようにパラメータを最適化しています。現在、 ・ ノロジーでは、 ビー テク スピーカーのスパイスモデルに対して、フルレンジ、ウーハー、ツイスターの種類に対して、 スパイスモデルのご提供の実績があります。 ご依頼の場合、スピーカーのインピーダンス特性図(X軸 インピーダン :ス値、 : Y軸 周波数)のみでデバイスモデリングが可能です。是非、お問い合わせ下さい。 Page 3
  5. 5. デザインキット D級アンプ 発売予定日 2009年8月中旬 : 価格 未定 : 今回のご紹介は、D級アンプ」 「 です。大きな IRS2092の特徴は D級アンプに必要な4つの特徴は、A級、B級、AB級のリニアなオーディオ 基本的な回路が含まれたICです。 アンプ、アアンプに対し、D級アンプは電力効率が優れて ナログ オーディオ信号を入力するPWM比較 ・いるという事です。 回路的には、 外部フィルタ 器、 パワーMOSFETのゲート駆動回路、 保護回が不要になる上、 EMIも低減できます。D級アン 路です。 コイル、 電解コンデンサ、スピーカープの詳細は専門書をご参照下さい。 は、 周波数モデルを採用します。 そして、パワ ーMOSFETは、 プロフェッショナルモデルを採 D級アンプのアプリケーション回路を 用します。 ここで一番困難なスパイスモデルFig.4に示します。 International Rectifierの は、 ICのモデルです。 ICのモデルはゲートレベ「IRS2092」を中心の回路図です。 回路解析 ルのモデルではなく、 ビヘイビアモデル=マクシミュレーションを行う場合、 先ずは、 ・ キー ロモデルを採用します。 ビヘイビアモデルとデバイスを決定します。 今回の場合、 ICである は、 ICの機能をアナログ ビヘイビア モデル ・ ・IRS2092、MOSFET、コイル、 電解コンデンサ、 のライブラリー群で表現します。 良く知られてスピーカーのモデルが必要です。 いる素子は、 G素子、E素子等があります。    R3 VS 47k R8 +B 2 820 +B U17 + EKMG500ELL222MLP1S 20nH 15.14V U16 L1 RPER11H104K2K1A01B R9 1 4.7k R17 0 0 0 1 IRFIZ24N U15 75 U5 D2 U1 MMH250K684 R4 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 220 VAA CSH D1 U11 VB R12 RPER11H104K2K1A01B C4 GND VB R11 10k C9 R13 C1 10u R2 3k 20nH IN C2 1nF IN- HO 10k 22u 10 U3 10u C5 IN- HO IC = 8.299 R14 L2 7G14N-220-RB R1 IC = 7 1nF COMP 4.7 2 OUT C6 COMP VS R16 1 100k C3 1n CSD VCC R18 + 10u C7 CSD VCC R15 20nH 10 R19 VSS LO 10 IC = 14 10u 0 L3 U9 2.2k 0 C8 IC = 9.8 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 - 10 10u 3.3k IC = 15.11 U4 VREF COM 1 U10 F120A IC = 7 R6 8.2k OCSET DT MMC400K104 OCSET DT R7 IRFIZ24N 1.2k IRS2092 R21 U2 0 0 0 8.2k 2 20nH 0 U190 + L4 U18 EKMG500ELL222MLP1S R5 RPER11H104K2K1A01B 2 1 -B 1 L5 20nH -B 820 -15.11V 0 Fig.4 D級アンプのアプリケーション回路 EMI(Electro Magnetic Interference) : EMIとは電子機器が発する電磁波が周辺の他の電子機器の動作に影響を及ぼす現象のことです。 PWM(Pulse Width Modulation) : パルス波のデューティー比を変化させて変調する変調方法のことです。 Page 4
  6. 6.  アナログ ビヘイビアモデル素子を使用す ・ 全部で11項目あります。 これらの機能を満たする場合、 各種SPICE系シミュレーションで使用 ビヘイビアモデルのモデリングを完成させまできたり、 等価回路の何らかの変換が必要で す。後は、回路図を描き、それぞれのモデルをあったり しますので、 注意が必要です。 当社 取り込みます。過渡解析をすれば、各ノードので多いスパイスモデルの変換は、 PSpiceから 波形を参照する事が出来ます。HSPICEへの変換、 PSpiceからMicroCAPへの変換です。 その他のSPICE系シミュレータに関  このテンプレートを使用し、回路解析シミュしても導入しておりますので、 ご相談下さい。 レーションを実施すると下記の項目が検証出 来ます。 ICの仕様につきましては、 InternationalRectifier(http://www.irf.com/)のWEBサイト (1)Voltage gain of the amplifier GVにて確認して下さい。 ICのモデリングの評価項 (2)Self-Oscillating Frequency目を下記に示します。 (3)Dead-time (4)Start-up sequence simulation(1)Low Side Supply (5)Component stress simulation(2)High Side Supply (6)Power losses in the MOSFETs(3)Floating Input Supply (7)Short circuit vs. switching output(4)OTA Output Voltage shutdown(5)Protection(6)Protection Propagation Delay  当然各ノードを指定すれば、 任意の波形が(7)Gate Driver Output Current 参照出来ます。次ページに幾つかの結果を掲(8)Gate Driver Output Voltage 載します。また、D級アンプについては、 ・ビー(9)Gate Driver Switching テクノロジーのWEBサイト及びBlog(デバイス(10)Dead time モデリング研究所),メールマガジンでご紹介(11)External Component Values vs. Self を継続していきます。 Oscillation Frequency 20V 4 0 mV 0V 0V -2 0 V 5 0 0 mV 500. 0us 505. 0us 510. 0us V( VS) -4 0 mV T i me 2. 0V 0V 500us 505us 510us V( I N-) R3 VS 0V T i me 47k -5 0 0 mV R8 +B 500us 505us 510us -2 . 0 V 2 820 +B V( COMP ) U17 0 . 5 ms 1 . 0 ms 1 . 5 ms + EKMG500ELL222MLP1S 20nH 15.14V U16 T i me L1 RPER11H104K2K1A01B V( OUT ) R9 1 4.7k IRFIZ24N R17 1 U15 0 0 0 T i me 75 U5 D2 U1 MMH250K684 R4 VR1 VAA CSH MUR120RLG MUR120RLG 2 220 VAA CSH D1 U11 VB R12 RPER11H104K2K1A01B C4 GND VB R11 10k C9 R13 C1 10u R2 3k 20nH IN C2 1nF IN- HO 10k 22u 10 U3 10u C5 IN- HO IC = 8.299 R14 L2 7G14N-220-RB R1 IC = 7 1nF COMP 4.7 2 OUT C6 COMP VS R16 1 100k C3 1n CSD VCC R18 + 10u C7 CSD VCC R15 20nH 10 R19 VSS LO 10 IC = 14 10u 0 L3 U9 2.2k 0 C8 IC = 9.8 VSS LO R20 C10 22u MMC250K474 - 10 10u 3.3k IC = 15.11 U4 VREF COM 1 U10 F120A R6 8.2k 1 0 0 mV IC = 7 OCSET DT MMC400K104 OCSET DT R7 IRFIZ24N IRS2092 0 0 0 1.2k R21 U2 8.2k 2 0V 20nH 0 U190 + L4 U18 EKMG500ELL222MLP1S R5 RPER11H104K2K1A01B 2 1 -B 1 L5 20V 20nH -B 820 -1 0 0 mV -15.11V 0 . 5 ms 1 . 0 ms 1 . 5 ms 20V 0 V( I N) T i me 0V 500us 505us 510us 0V V( L O, -B) 500us 505us 510us T i me V( HO, VS) T i me Fig.5 シミュレーション結果 Page 5
  7. 7. 150mV 100mV 50mV -0mV -50mV -100mV Audio input voltage SE L >> Frequency = 1kHz -150mV V( I N) 2. 0V 1. 5V VOUT=1Vrms 1. 0V GV=2.39dB 0. 5V 0V -0. 5V -1. 0V -1. 5V -2. 0V 0. 50ms 0. 75ms 1. 00ms 1. 25ms 1. 50ms 1. 75ms 2. 00ms 2. 25ms 2. 50ms V( OUT ) T i me Fig.6 Voltage gain of the amplifier GV 20W PSW Pcond 0W Pgd ID Po wer lo ss (VDS*ID) -2 0 W V ( U1 : D, U1 : S ) *I ( U1 : D) 40V 1. 0A1 2 ID 20V 0. 5A -VDS 0V 0A -2 0 V -0 . 5 A -VDS VDS, ID (Measured ) SE L > > -4 0 V -1 . 0 A 2 . 9 9 4 0 ms 2 . 9 9 4 8 ms 2 . 9 9 5 6 ms 2 . 9 9 6 4 ms 2 . 9 9 7 2 ms 1 -V ( U1 : D, U1 : S ) 2 I ( U1 : D) T i me 20W PSW Pgd Pcond 0W VDS Po wer lo ss (VDS*ID) ID -2 0 W V ( U2 : D, U2 : S ) *I ( U2 : D) 60V 1. 5A1 2 40V 1. 0A VDS 20V 0. 5A ID 0V 0A VDS, ID (Measured ) SE L > > -2 0 V -0 . 5 A 2 . 9 9 4 0 ms 2 . 9 9 4 8 ms 2 . 9 9 5 6 ms 2 . 9 9 6 4 ms 2 . 9 9 7 2 ms 1 V ( U2 : D, U2 : S ) 2 I ( U2 : D) T i me Fig.7 Power losses in the MOSFETs , 上がFET1,下がFET2 Page 6
  8. 8. 道具箱マインドマップ 考え(アイディア)を可視化する。そして、チームで共有する 私がマインドマップに出会ったのは2年前 参考事例です。きっかけは、 マインドマップに関する書籍を読んだ事です。 1つは理論書、 もう1つは色々な評価版が入った実務書です。 有償版のみではなく、 フリーのマインドマップのソフトウェアもあります。 それらを試し、 選定したのが、Mindjet MindManagerです。操作は簡単です。エンターキーと削除キーとインサートキーの3つく らいです。 後は、 アイディアを表現していけばいい訳です。イメージ図をFig.8に示します。 Fig.8 イメージ図 最初は、自分のTo Do List、営業活動シナリオ、営業結果、営業プレゼン、 研究開発方針等に使用していましたが、 情報の共有化が出来るので、今では、研究所の研究員とのアイディアの共有化に活躍しているアプリケーションソフトウェアです。Windows版、 MAC版もあります。マインドマップは思考ツールとして、 使い慣れれば、戦力になります。http://www.mindjet.com/Bee Style: Volume 0042009年8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 All Rights Reserved copyright (C) Bee Technologies Inc. Page 7

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