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About SPICE Model of Power MOSFET
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Power MOSFET のスパイスモデル
株式会社ビー・テクノロジーhttp://www.bee-tech.com/[email protected]
1Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011
2011 年 4 月 21 日 ( 木曜日 )
1. パワー MOSFET のスパイスモデル1.1 スタンダードモデル ( パラメータモデル )1.2 プロフェッショナルモデル ( ミラー容量を考慮した等価回路モデル )
Power MOSFET のスパイスモデルの推移
スタンダードモデル
( パラーメータモデル )
プロフェッショナルモデル
( 等価回路モデル )
ミラー効果が影響する電気的特性は、「ゲートチャージ特性」→「スイッチング特性」
MOSFET LEVEL=3( 共通 )ミラー効果がない ( スタンダードモデル )ミラー効果がある ( プロフェッショナルモデル )
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Power MOSFET のスパイスモデルの推移
スタンダードモデル
( パラーメータモデル )
プロフェッショナルモデル
( 等価回路モデル )
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デバイスモデリング教材をご活用下さい (12 種類 )
Power MOSFET のスパイスモデルの種類
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Power MOSFET のスパイスモデル
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MOSFET LEVEL
LEVEL=1 Shichman-Hodges ModelLEVEL=2 形状に基づいた解析モデルLEVEL=3 半経験則短チャネルモデルLEVEL=4 BSIM ModelLEVEL=6 BSIM3 MODEL・・・・・・・・・
MOSFET LEVEL=3 半経験則短チャネルモデルの特徴
(1)2 次元的な電位分布によるデバイスの長さ及び幅に対してスレッシュホルド電圧 が敏感に影響を受ける。
(2) ドレインが誘起する Barrier lowering によるドレイン電圧に対してのスレッシュ ホルド電圧の考慮。
(3) リニア領域と飽和領域との間での緩やかな変化及びホットエレクトロンの速度 飽和によって若干減少する飽和電圧、飽和電流の考慮。
Power MOSFET のスパイスモデル
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MOSFET LEVEL=3
RB
BulkGate
Cbs
Cgb
RG
Cgd
ROS
Cgs
RD
RS
Cbd
Drain
Source
Idrain
Power MOSFET のスパイスモデルの種類の相違点
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Time*1ms
0 8n 16n 24n 32n 40nV(W1:2) V(W201:2)
0V
2V
4V
6V
8V
10V
12V
14V
16V
18V
20V
MOSFET LEVEL=3 MODELBee Technologies MODEL(Professional)
ミラー容量補正回路の考え方
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←
1図
dv/dtC o
Io
0Fig.1
Fig.1 の回路図でコンデンサ Co に dV/dt なる立ち上がりを持つ電圧を印加すると流れる電流は、 (1) 式になります。
dt
dVCoIo ・・・・・・・・・・ (1)
ここで基準容量 Cref を外部電圧 VIN で制御出来る電圧制御可変容量は、(2) 式になります。
CrefVINVINC )( ・・・・・・・・・・ (2)
Cref: 固定値
ミラー容量補正回路の考え方
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I11
ABM/I
V I N
2
0
2図
C re f
3
I2
1 E 6 * V (2 , 3 )* (V (1 , 0 )-1 )
←
R 1
←
dv/dt
C(VIN)Io
← R 2
Fig.2
(2) 式を満足させる等価回路図 (Fig.2) は下記になります。
21 IIIo
21 IIIo ・・・・・・・・・・ (3)
R2 を I2 に影響しない微少抵抗 (1E-6) とし、 Io を C(VIN) に流れる電流と考慮すると (4) 式で表現出来ます。
)3,2(612
)3,2(2 VE
R
V
dt
dVCrefI ・・・・・・・・・・ (4)
ミラー容量補正回路の考え方
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(2),(3),(4) 式から
dt
dVCref
dt
dVVINCIIoI )(21
1)0,1()3,2(61 VVE ・・・・・・・・・・ (5)
dt
dVCref
dt
dVCrefVIN
)3,2(61)1()1( VEVINdt
dVCrefVIN
R1 は ABM/I なるアナログビヘイビアモデルを使用し、 (5) 式を満足すれば
dt
dVCrefVVEIIIo 1)0,1()3,2(6121
・・・・・・・・・・ (6) R1 は高抵抗 (1E6) とする
ミラー容量補正回路の考え方
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C(VIN) は (2) 式のように外部電圧 VIN によって制御出来ます。
C(VIN)>Cref の時、 (5) 式に従い I1 は増加しますC(VIN)=Cref の時、 I1=0C(VIN)<Cref の時、 (5) 式に従い I1 はマイナスになります
N 1 3 7 3 2
N 1 3 8 0 7
N 1 3 7 4 4
ABM/I
3図
Run to time: 1us
C re f1 u
V I N1 0 v
0
V 2
TD = 0
TF = 1 u sP W = 5 u s
P E R = 1 0 u s
V 1 = 0
TR = 1 u s
V 2 = 1 0 0 v
Maximum step size: 10ns
V 1 0 V d c
R 3
1 M E G
V (N 1 3 7 3 2 , N 1 3 7 4 4 )* (V (N 1 3 8 0 7 , 0 )-1 )* 1 E 6
R 4
1 u
Fig.3
ミラー容量補正回路の考え方
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-Vdg +Vdg
Co*(1+Vdg/Vj)^(-M)
4図0
Co
電圧制御可変容量の等価回路を応用し、ミラー容量に適応させます。MOSFET の Vdg-Cdg 特性は Fig.4 のような特性を示します。
Fig.4
ミラー容量補正回路の考え方
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Vdg が 0 から Vdss の区間では Fig.4 に示される式に Vdg-C(Vdg) 特性は依存し、 Vdg がマイナスの区間では容量は Co で一定になります。
G
制 御 電 圧発 生 回 路
S
Vdgリ ミ ッ タ
5図
EV A L UEETA BL E
→ →
ABM/I
容 量 可 変 回 路
Q 1
D
Fig.5
Fig.5 のように制御システムを考慮すると、 Vdg を検出すると ETABLEにより、 Vdg に 0 ~ Vdss のリミッタをかけます
ミラー容量補正回路の考え方
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(7) 式は Vdg が 0 以下では Co が一定となります。 EVALUE により、(7) 式による C(Vdg) を、
M
Vj
VdgCoVdgC
1)( ・・・・・・・・・・ (7)
M
Vj
VdgCoVdgE
1)( ・・・・・・・・・・ (8)
と考え、制御電圧発生回路の出力と考えます。この電圧により、容量可変回路を制御すれば ABM/I の電流は Vdg により、 (8) 式に従って変化するのでミラー容量を補正する事が可能になります。
ミラー容量補正回路の考え方
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D G D
C G DR 1
1 0 M
+
-
+
-
S 1
S
+
-
+
-
S 2
S
S
D
M 1
G
R 31 0 M E G
ミラー容量が表現出来るパワー MOSFET モデルの等価回路図(Bee Technologies Model) プロフェッショナルモデル
M1 : MOSFET LEVEL=3 MODEL
Power MOSFET のスパイスモデル
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*$*PART NUMBER: SPW11N60CFD*MANUFACTURER: Infineon Technologies *VDSS=650V, ID=11A*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2010.SUBCKT SPW11N60CFD_Dsp 1 2 3 X_U1 1 2 3 M11N60CFD_PX_U2 3 1 D11N60CFD_sp.ENDS*$.SUBCKT M11N60CFD_P D G SCGD 1 G 3300pR1 1 G 10MEGS1 1 D G D SMOD1D1 2 D DGDR2 D 2 10MEGS2 2 G D G SMOD1M1 D G S S M11N60CFD.MODEL SMOD1 VSWITCH( VON=0V VOFF=-10mV RON=1m ROFF=1E12).MODEL DGD D( CJO=1.317E-9 M=5.777 VJ=0.3905 ) .MODEL M11N60CFD NMOS+ LEVEL=3+ L=2.8900E-6 W=.82 KP=20.624E-6・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ( 省略 ) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・+ CBD=1.0000E-9 MJ=1.8680+ PB=.42 RG=0.1 RB=1.0000E-3+ GAMMA=0 KAPPA=0+ IS=1.0000E-15 N=5 RB=1.ENDS *$
回路解析シミュレーション及びデバイスモデリングの情報提供
デバイスモデリング研究所 (http://beetech-icyk.blogspot.com/)
17Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2011
Bee Technologies Group
お問合わせ先 )[email protected]
【本社】株式会社ビー・テクノロジー〒 105-0012 東京都港区芝大門二丁目 2 番 7 号 7 セントラルビル4 階代表電話 : 03-5401-3851設立日 :2002 年 9 月 10 日資本金 :8,830 万円【子会社】Bee Technologies Corporation ( アメリカ )Siam Bee Technologies Co.,Ltd. ( タイランド )
デバイスモデリングスパイス・パーク ( スパイスモデル・ライブラリー ) デザインキットコンセプトキット ( 準備中 )デバイスモデリング教材
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