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ダイオードのスパイスモデルの基礎知識

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ダイオードのスパイスモデルの基礎知識
株式会社ビー・テクノロジー
堀米 毅

Published in: Education
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ダイオードのスパイスモデルの基礎知識

  1. 1. ダイオードのスパイスモデルの基礎知識用途に応じて3種類のスパイスモデルがある 2013年2月15日(金曜日) 株式会社ビー・テクノロジー http://www.beetech.info/ horigome@beetech.info Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 1
  2. 2. ダイオードのスパイスモデルの用途ダイオードのスイッチング動作の把握過渡解析にて、ダイオードのスイッチング波形を観察するのが目的です。損失計算をするか?しないかで採用するスパイスモデルの種類が異なります。 モデルの種類 メリット デメリット スタンダード 大体の回路動作の把握 正確な損失計算が出来ない 収束性が良い プロフェッショナル 正確な損失計算が出来る 収束性が悪い (IFIR法) スペシャル 正確な損失計算が出来る 収束性が悪い (電流減少率法)回路解析シミュレータの場合、回路動作が急変する場合、収束性が悪くなり、途中でシミュレーションが止まる場合があります。その場合、回路解析シミュレータの.OPTIONSの設定の変更で回避するか?回路上にスナバ回路等を挿入し、収束性改善を行う必要があります。 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 2
  3. 3. ダイオードのスパイスモデルの推移順方向特性(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) スタンダード プロフェッショナル モデル スペシャルモデル モデル 電流減少率モデル (パラーメータ (等価回路モデル) 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 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 3
  4. 4. ダイオードのスパイスモデルの推移デバイスモデリング教材をご活用下さい(12種類) スタンダードモデル プロフェッショナルモデル スペシャルモデル (パラーメータモデル) (等価回路モデル) 電流減少率モデル Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 4
  5. 5. ダイオードのスパイスモデルの種類 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。 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。 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 5
  6. 6. 逆回復特性の定義(IFIR法) 逆回復時間の定義 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 6
  7. 7. 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 *$ Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 7
  8. 8. ダイオードのスタンダードモデル Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 8
  9. 9. ダイオードモデルのネットリスト 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. .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. 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. 2013 9
  10. 10. ダイオードモデルによる逆回復特性の違い 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. 2013 10
  11. 11. 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  t  i  I  exp      R C  R C  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。 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 11
  12. 12. スペシャルモデル(電流減少率モデル) di VL   L  dt IF IR Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 12
  13. 13. スペシャルモデル(電流減少率モデル) ダイオードに流れる電流 i VL Lの両端の電圧 リカバリー現象の領域 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 13
  14. 14. スペシャルモデル(電流減少率モデル) ダイオードに流れる電流 i di VL   L  dt VL Lの両端の電圧 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。 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 14
  15. 15. スペシャルモデル(電流減少率モデル) IF t Qrr IR trr 電流変化率di/dtが大きいとノイズの原因になる。 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 15
  16. 16. 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 Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013 16

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