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SPICEを活用したD級アンプ回路シミュレーション資料

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SPICEを活用したD級アンプ回路シミュレーション資料

  1. 1. SPICEを活用したD級アンプ回路シミュレーションセミナー【セミナー内容】1.ドライバーICのスパイスモデル2.パワーMOSFETのスパイスモデル3.スピーカーのスパイスモデル4.D級アンプの回路シミュレーションのポイント5. D級アンプの回路シミュレーションの解説6.質疑応答2013年5月30日(金曜日)株式会社ビー ・テクノロジーhttp://www.beetech.info/堀米 毅1Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  2. 2. D級アンプの概要【D級アンプの特徴】スイッチングアンプまたは、PWMアンプです。D級アンプの各スイッチは、完全にオンかオフになるかです。効率は90-95%であり、オーディオ信号がPWM搬送波信号を変調し、出力デバイスを駆動します。出力ノイズは、最終段の低域通過フィルタ(LPF)で除去する。【A級アンプの特徴】出力デバイスが常時導通→歪が小さく、直線性が優れているが効率が悪い(20%)【B級アンプの特徴】2つの出力デバイスは、正弦波の周期の半分だけ導通する。入力信号がない場合、出力デバイスには電流は流れない。効率は、50%程度。【AB級アンプの特徴】A級アンプとB級アンプの組み合わせであり。一般的なパワーアンプの方式です。出力の2つのデバイスは、同時に導通するが、クロスオーバーポイントの領域に限定されます。効率は、50%程度。2Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  3. 3. 出展:IR社D級アンプの概要3Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  4. 4. 出展:IR社D級アンプの概要4Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  5. 5. D級アンプのアプリケーション回路のデザインキットhttp://ow.ly/luD7y5Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  6. 6. +-SPEAKERF120AV VFET1IRFIZ24NVVVVFET2IRFIZ24NV1FREQ = {f in}VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv }VOFF = 00C41nF+B15V+C18EKMG500ELL222MLP1SC51nF0C61n R18100R192.2kC1 10uC14MMH250K684R4220C710uIC = 10R23kR1100kC10 22uIC = 15OUTC922uIC = 12.85MUR120RLGD2VSINR1310R347kL17G14N-220-RBVBR1710R203.3kR218.2kR8820+BVREFVAA0R6 8.2kR71.2kCSDOCSETIN-U5IRS2092VAAGNDIN-COMPCSDVSSVREFOCSET DTCOMLOVCCVSHOVBCSHVCC0DTVSS 0COMPHOR5820-BR1510LOVR175-B-15V0C210uIC = 7C810uIC = 7R1110kCSHVSC13MMC400K1040C12MMC250K474R1610C11RPER11H104K2K1A01BC15RPER11H104K2K1A01B0Ls120nH12Ls220nH12Ls320nH12Ls420nH12R144.7MUR120RLGD10R94.7k+C16EKMG500ELL222MLP1SC310uIC = 14Ls520nH12C17RPER11H104K2K1A01BR1210kPARAMETERS:VOUT = 2Gv = 15.85f in = 1kTime505.0us 510.0usV(VS)-40V0V40VTime505.0us 510.0usV(HO)-40V0V40VTime505us 510us503us 513usV(LO)-20V0VTime0.50ms 0.75ms 1.00ms 1.25msV(IN)0V-200mV200mVTime505.0us 510.0usV(COMP)0V-1.0V1.0VTime0s 0.5ms 1.0msV(OUT)-4.0V0V4.0VD級アンプのアプリケーション回路6Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  7. 7. D級アンプのアプリケーション回路に必要な主要な部品のスパイスモデルドライバICのスパイスモデルデバイスモデリングサービスでご提供パワーMOSFETモデル→スパイス・パークにて販売中(444モデル販売中)プロフェッショナルモデル:3,000円スタンダードモデル:2,000円http://www.spicepark.info/mosfet/スピーカーのスパイスモデル→スパイス・パークにて販売中(44モデル販売中)フルレンジ(全帯域用)、トゥイーター (高音用):953円http://ow.ly/luENe7Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  8. 8. パワーMOSFETのスパイスモデルSTEP1STEP2STEP3調査L:channel length(チャネル長) Unit:mW:channel width(チャネル幅) Unit:mTOX:thin oxide thickness(ゲート酸化膜厚) Unit:mTransconductance Characteristic→KPMeasurement→Table(Id,gfs)Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流))Gfs:Forward Transconductance (順伝達コンダクタンス)Transfer Curve Characteristic→VTOMeasurement→Table(Vgs,Id)Vgs:Gate-Source Voltage (ゲート・ソース間電圧)Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流))8Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  9. 9. パワーMOSFETのスパイスモデルSTEP4STEP5Rds(on) Resistance Characteristic→RDData Sheet→Id(A),Vgs(V),Rds(on)Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流))Vgs:Gate-Source Voltage (ゲート・ソース間電圧)Rds(on):Static Drain-Source On-state Resistance(ドレイン・ソース間オン抵抗)Zero-bias Leakage Characteristic→RDSData Sheet→Idss(A),Vds(V)Idss:Zero Gate Voltage Drain Current (ドレイン遮断電流)Vds:Drain-Source Voltage (ドレイン・ソース間電圧)9Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  10. 10. パワーMOSFETのスパイスモデルSTEP6Turn-on Charge Characteristic→CGSO,CGDOData Sheet(Gate Charge Characteristic)→Qgd(C),Qgs(C),Id(A),Vds(V)Qgd:Qgs:Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流))Vds:Drain-Source Voltage (ドレイン・ソース間電圧)10Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  11. 11. パワーMOSFETのスパイスモデルSTEP7Capacitance Characteristic→MJ,PBData Sheet→Vds(V), Coss(F),Crss(F)MJ→M(Diode Model Parameter)PB→VJ(Diode Model Parameter)Data Sheet(Capacitance Characteristic)よりCoss(F),Crss(F)を抽出し、Cbd(F)を算出する。Diode Capacitance 特性と同様の考え方を適応させる。Vds: Drain-Source Voltage (ドレイン・ソース間電圧)Coss:Output Capacitance (出力容量)Crss:Reverse Transfer Capacitance (帰還容量)Cbd(F)=Coss(F)-Crss(F)11Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  12. 12. パワーMOSFETのスパイスモデルSTEP8Switching Time Characteristic→RGCircuit for MOSFET Switching TimeにてMOSFET SPICE MODELを回路に組み込みMOSFET MODEL PARAMETER:RGを変化させてtd(on)の合わせ込みを行なう。Circuit for MOSFET Switching Timeには測定条件を反映させる。td(on)は調査する。STEP9Body DiodeV-I Characteristic→IS,N,RS,IKFMeasurement→Table(VSD,Is)12Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  13. 13. パワーMOSFETのスパイスモデルSTEP10Body DiodeReverse Recovery Characteristic→TTMeasurement→OutputSTEP11Body DIODEの抽出OrCAD Release9 PSpice Model Editor(DIODE)で抽出①V-I Characteristic→IS,N,RS,IKF②Reverse Recovery Characteristic→TT13Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  14. 14. パワーMOSFETのスパイスモデルSiC MOSFET:SCU210AX[MOSFET本体] MOSFET LEVEL=3 ModelIV特性伝達特性(Id-gfs特性)Vgs-Id特性Rds(on)特性CV特性(Vds-Cbd特性)=>cbd=Coss-Crssゲートチャージ特性:等価回路モデルでミラー効果を再現スイッチング特性[ボディ・ダイオード] Diode ModelIV特性逆回復特性U1SCU210AXGSDTime*1mA0 5n 10n 15n 20n 25n 30n 35n 40nV(W1:3)0V2V4V6V8V10V12V14V16V18V20V等価回路モデルLEVEL=3 Model14Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  15. 15. スピーカーのスパイスモデル赤ライン内がスピーカーのSPICEモデルの等価回路図です。15Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  16. 16. 緑色ライン内が電気的インピーダンスの等価回路図です。黄色ライン内が機会的インピーダンスの等価回路図です。スピーカーのスパイスモデル16Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  17. 17. D級アンプのキット(マルツエレック)http://www.marutsu.co.jp/shohin_209827/17Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
  18. 18. +-SPEAKERF120AV VFET1IRFIZ24NVVVVFET2IRFIZ24NV1FREQ = {f in}VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv }VOFF = 00C41nF+B15V+C18EKMG500ELL222MLP1SC51nF0C61n R18100R192.2kC1 10uC14MMH250K684R4220C710uIC = 10R23kR1100kC10 22uIC = 15OUTC922uIC = 12.85MUR120RLGD2VSINR1310R347kL17G14N-220-RBVBR1710R203.3kR218.2kR8820+BVREFVAA0R6 8.2kR71.2kCSDOCSETIN-U5IRS2092VAAGNDIN-COMPCSDVSSVREFOCSET DTCOMLOVCCVSHOVBCSHVCC0DTVSS 0COMPHOR5820-BR1510LOVR175-B-15V0C210uIC = 7C810uIC = 7R1110kCSHVSC13MMC400K1040C12MMC250K474R1610C11RPER11H104K2K1A01BC15RPER11H104K2K1A01B0Ls120nH12Ls220nH12Ls320nH12Ls420nH12R144.7MUR120RLGD10R94.7k+C16EKMG500ELL222MLP1SC310uIC = 14Ls520nH12C17RPER11H104K2K1A01BR1210kPARAMETERS:VOUT = 2Gv = 15.85f in = 1kD級アンプ回路の出力MOSFETをSiC MOSFETに置き換えた場合ROHMSCT2080KE18Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013

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