pspiceの活用方法 (2005年)
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2005年の講演した時の「PSpiceの活用方法」の資料です。一部、内容的に古いものもありますが、ご了承下さい。TRANSCRIPT
PSpice の活用方法
回路解析シミュレーション導入で商品開発時間を短縮する
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株式会社ビー・テクノロジー
http://www.bee-tech.com/
“ デバイスモデリング” + “ 回路解析シミュレーション”
講義の流れ
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序論
1. PSpice シミュレーションに必要不可欠な要素技術について1.1 デバイスモデリング技術について1.2 デバイスモデリングの種類について1.3 シミュレーション技術について
2. PSpice シミュレーションに必要不可欠な環境について2.1 デバイスモデルの整備について2.2 回路解析シミュレーションのテンプレート集を準備する2.3 デザインキットについて
3. PSpice を活用した事例3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
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序論 エレクトロニクス業界・自動車業界の背景
アナログ回路 デジタル回路
デバイスモデル デバイスモデル
高周波回路
アナログ・デジタル混在回路+高周波回路及びモジュール化が最大の課題
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序論 Time to Market ( 商品開発時間 )
売上売上
利益利益
累積コスト・投資累積コスト・投資
Break Even Time( 損益分岐点到達時間 )
Time to Market( 商品開発時間 )
Break Even After Release( 販売開始後損益分岐点到達時間 )
Time to Market の短縮が売上、利益の増大と投資、コストの削減に直結する
開発開始 販売開始
具体的な施策としてシミュレーション技術の導入がある→ 1回でも試作回数を削減させるのが目的である
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序論
EDA ツール
シミュレーション技術 デバイスモデル
回路設計者
個々の電子部品のデバイスモデル
が必要不可欠である
回路解析シミュレーションの導入に必要な環境因子
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序論回路解析シミュレーション導入前の姿 (1/4)
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序論回路解析シミュレーション導入前の姿 (2/4)
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序論回路解析シミュレーション導入前の姿 (3/4)
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序論回路解析シミュレーション導入前の姿 (4/4)
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序論回路解析シミュレーション導入前の姿
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序論回路解析シミュレーション導入後の姿
回路解析シミュレーションを活用し、検証してから、実機を製作を行う。試作回数を削減する。
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序論回路解析シミュレーション導入の効果コスト計算 前提条件: 3 名の設計者、 8 時間労働、 1 名の労務費用 5,000 円 / 時間、基板サイズ 8cm×15cm
単層基板: 250,000 円、多層基板: 650,000 円
基板の種類
試作回数
基板製作費 設計サイク
ル
試作日数 労務費用 合計金額
単層基板 6 回 1,500,000 円 10 日 60 日間 7,200,000 円 8,700,000 円
多層基板 11 回 7,150,000 円 10 日 110 日間 13,200,000 円 20,350,000 円
単層基板の場合、 3 回の試作削減で 4,350,000 円の削減、 30 日間の時間短縮多層基板の場合、 7 回の試作削減で 12,900,000 円の削減、 70 日間の時間短縮デバイスモデル導入コスト主要電子部品のデバイスモデル 13 個の費用: 1,000,000 円
回路シミュレーション + デバイスモデル採用時の効果基板の種類
試作回数
基板製作費 設計サイク
ル
試作日数 労務費用 合計金額
単層基板 3 回 750,000 円 10 日 30 日間 3,600,000 円 4,350,000 円
多層基板 4 回 2,600,000 円 10 日 40 日間 4,800,000 円 7,450,000 円
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序論回路解析シミュレーション導入の効果
¥0
¥1
¥2
¥3
¥4
¥5
¥6
¥7
¥8
¥9
百万
現状 導入時¥0
¥2
¥4
¥6
¥8
¥10
¥12
¥14
¥16
¥18
¥20
百万
現状 導入時
単層基板の場合 多層基板の場合8,700,000 円⇒ 4,350,000 円
50% の削減効果30 日間の期間短縮
20,350,000 円⇒ 7,450,000 円63% の削減効果
70 日間の期間短縮
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序論回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について(1) 電子部品の選定⇒シミュレーションベースの選定
Shindengen/SF3L60UInternational Rectifier/HFA08TB60
Harris Semiconductor/RURD460General Semiconductor/UF5406
Circuit Simulation
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序論回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について(2) クレーム解析、不具合の原因究明
正常波形 異常波形
50V/div1mA/div
50V/div1mA/div
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序論回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について(2) クレーム解析、不具合の原因究明
原因究明を解明する回路図
各部品のパラメータを振ることで、異常波形の原因を追求した。原因となる部品を特定した。
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序論回路開発以外での回路解析シミュレーションの利用について(2) クレーム解析、不具合の原因究明
回路シミュレーションによる解析結果
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序論電子部品サプライヤ企業におけるデバイスモデルの使い方( 半導体メーカー、受動部品メーカー、電池メーカー )
SPICE MODEL
営業支援
顧客お問い合わせ対応の敏速化
クレーム原因究明
付加価値が高い
販売促進他社との差別化市場優位
サプライヤ企業
前提条件: SPICE MODEL の技術と体制が必要である
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序論
お客様からのお問合わせの敏速化 (1)
依頼企業:照明メーカー対象製品: AAAAAAA質問事項: AAAAAAA を下記のような倍電圧電流で使用した場合で Ta=85℃の時、出力電流 Ioは何 A になるのか。
回路シミュレーション活用での回答期間 :1 時間従来とおりでの回答期間 :2週間
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序論
お客様からのお問合わせの敏速化 (1)
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序論
Io=1.396[A]
お客様からのお問合わせの敏速化 (1)
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序論
お客様からのお問合わせの敏速化 (2)
入力波形蛍光灯電子起動回路
回路シミュレーション
P=V*I
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序論
現状の姿半導体メーカーの営業のスタイル
新製品のデバイスが発売致しましたので、ご報告に参りました。以前よりも性能が良くなっております。
電子機器メーカーの商談室
電子部品メーカー営業担当者 回路設計技術者
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新製品のデータシートとサンプルを持参致しました。是非、このデバイスのご採用をご検討下さい。
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確かにこのデバイスは特性が良くなっていますね。
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今日はお時間を頂き、ありがとうございます。是非、このデバイスのご採用をご検討下さい。
解りました。
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電子回路に組み込んだ時の特性が問題なんだよなあ。納期に追われる仕事が多くて、新規採用のデバイスの評価をしている時間も無いしなあ。
実際にこのデバイスを評価する為には、回路実験も何回か必要だし、評価用のボードを作成し計測も必要になる。具体的な評価は出来ないなあ。
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納期に追われている仕事を早く終らせるぞ。
具体的な評価もされず、忘れられていくデバイス
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序論
デバイスモデルを活用した営業のスタイル半導体メーカー
新製品のデバイスが発売致しましたので、ご報告に参りました。今日は、デバイスモデルを持参致しました。回路解析シミュレーションで評価する事が出来ます。
電子機器メーカーの商談室
電子部品メーカー営業担当者 回路設計技術者
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このデバイスのアプリケーション回路の事例です。このようなデバイスの活用方法があります。
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なるほど。このような回路に採用すると効果的なのですね。
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ご覧なりたい所にカーソルを置くとその波形を見る事が出来ます。色々と回路条件を変えて、波形を確認する事が出来ます。
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この CD-R にはデバイスモデルと応用回路のシミュレーション・ファイルが格納されております。是非、お考えの回路でこのデバイスの採用をご検討下さい。
自分の考えている回路で、御社のデバイスモデルを使い、評価したいと思います。
今日はお時間を頂き、ありがとうございます。是非、このデバイスのご採用をご検討下さい。
解りました。今日はありがとうございました。
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早速、試してみた
い回路があるぞ。
回路解析シミュレーションかあ。デバイスモデルがあれば、シミュレーションは出来る。
早く、席に戻って、回路動作を確認したい。
回路実験とか評価用のボードを試作しなくても回路の波形が観察出来る
こういう営業は、本当に助かる。このメーカーは凄いなあ。
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今考えている回路で提供されたデバイスモデルでシミュレーションをしてみよう。
30 分で観たい波形が全て確認出来た。これは使えるぞ
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早速、自分の担当する回路で評価してみました。このデバイスの採用を検討したいと思います。
宜しくお願い致します。
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SPICE シミュレーションとは?
回路解析シミュレーションのデファクトスタンダードに SPICE と呼ばれているものがあります。この SPICEはアメリカのカリフォルニア大学バークレイ校(U.C.Berkeley) で開発されました。
Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis の頭文字です。
この名称の通り、集積回路をトランジスタ・レベルでシミュレーションする為のソフトウェアですが、個別半導体回路、受動部品、フィルタ、伝送線路、バッテリーなどもシミュレーションする事が出来ます。基本的なシミュレーションは、DC 解析、 AC 解析、過渡解析 ( トランジェント解析 )等があります。
回路データをネット・リストと呼ぶテキストファイル形式でシミュレータに入力致します。また、 SPICE で正確にシミュレーションする為には、正確なデバイスモデル (=SPICE モデル ) を必要とします。
序論
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デバイスモデルとは何か ?
デバイスモデル (=SPICE モデル ) とは、電子部品 ( 半導体部品、受動部品等 )の電気的振る舞いをコンピュータ上に表現するものです。このデバイスモデルは SPICE記述となっています。デバイスモデルを製作するプロセス及び行為をデバイスモデリングと呼んでおります。
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 (SPICE モデル ) の解析精度に依存致します。
序論
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デバイスモデル・パラメータとは何か ?
デバイスモデルは、パラメータで表現致します。基本素子 (ダイオード、トランジスタ、 MOSFET等 )のパラメータであったり、ビヘイビア記述で表現したりします。ビヘイビア記述とは表や関数等で振る舞いを表現致します。
RS
N
IS
.MODEL D1F60A D+ IS=595.00E-12+ N=1.6000+ RS=18.700E-3+ IKF=1.1600+ CJO=51.100E-12+ M=.3231+ VJ=.525+ BV=600+ IBV=10.000E-6+ TT=7.1E-6
.MODEL D1F60A D+ IS=595.00E-12+ N=1.6000+ RS=18.700E-3+ IKF=1.1600+ CJO=51.100E-12+ M=.3231+ VJ=.525+ BV=600+ IBV=10.000E-6+ TT=7.1E-6
SPICE MODEL
デバイスモデリング
序論
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【 PSpice 最新事例 2005】のご紹介序論
PSpice にて回路シミュレーションを有効に活用する方法論、デバイスモデリングの考え方、回路シミュレーションの最新事例を4 つ取り上げ、解説しています。回路シミュレーションのご理解に是非、ご活用下さい。教材 CD-R の中にパワー・ポイント (334枚 ) のファイルを始め、ご理解を深める為に各種動画も格納してあります。
CD-R の中には以下のファイルが格納されています。(1) パワーポイント (334枚 )(2)白色発光ダイオード順方向特性の映像(3)三波長白色発光ダイオードの赤色 LED順方向特性の映像 (4)三波長白色発光ダイオードの青色 LED順方向特性の映像 (5)三波長白色発光ダイオードの緑色 LED順方向特性の映像 (6)白色発光ダイオード順方向特性の周囲温度における経時変化の映像 (7)白色発光ダイオード逆回復特性の周囲温度における経時変化の映像 (8)一般ダイオード逆回復特性のケース温度における経時変化の映像 (9)DC モーター単独の負荷無しの波形映像 (10)DC モーターの負荷有りの制御回路の波形映像
目次 ( パワーポイント )
序論 第 1 講 PSpice シミュレーションに必要な要素技術について1. デバイスモデリング技術について 2. デバイスモデリングの種類について 3. シミュレーション技術について 第 2 講 PSpice シミュレーションを有効に活用する為の環境 1. デバイスモデルの整備について 2. シミュレーションのテンプレートについて 第 3 講 PSpice を活用した最新事例 1.RCC 方式電源回路のシミュレーション 2.PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション 3. 非昇圧白色発光ダイオード・ドライバーの温度依存性シミュレーション 4.DC モーター制御回路のシミュレーション
価格 21,000 円 (消費税込み )
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1.1 デバイスモデリング技術について1.2 デバイスモデリングの種類について1.3 シミュレーション技術について
1. PSpice シミュレーションに必要不可欠な要素技術について
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1.1 デバイスモデリング技術について
半導体
受動部品
デバイスモデリング開発のプロセス
.SUBCKT U4SBA60 1 2 3 4D1 2 1 U4SBA60AD2 3 2 U4SBA60AD3 3 4 U4SBA60AD4 4 1 U4SBA60A.MODEL U4SBA60A D+ IS=939.00E-12+ N=1.6000+ RS=11.900E-3+ IKF=1.7400+ CJO=79.200E-12+ M=.3231+ VJ=.525+ BV=600+ IBV=10.000E-6+ TT=9.2E-6.ENDS
.SUBCKT U4SBA60 1 2 3 4D1 2 1 U4SBA60AD2 3 2 U4SBA60AD3 3 4 U4SBA60AD4 4 1 U4SBA60A.MODEL U4SBA60A D+ IS=939.00E-12+ N=1.6000+ RS=11.900E-3+ IKF=1.7400+ CJO=79.200E-12+ M=.3231+ VJ=.525+ BV=600+ IBV=10.000E-6+ TT=9.2E-6.ENDS
電子部品測定 特性の把握
SPICE MODEL
数学 (微分・積分 )半導体物性測定技術等価回路開発電子部品動作・半導体・一般電子部品電子回路技術データ解析技術コンピュータ技術計測器制御技術
デバイスモデリング測定データ⇒デバイスモデル
モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 デバイスモデリング確立
評価
数学 (微分・積分 )半導体物性電子部品動作
等価回路開発電子回路技術
測定技術計測器制御技術
コンピュータ技術データ解析技術
【デバイスモデリングのプロセス】
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立 デバイスモデリング確立
数学 (微分・積分 )半導体物性電子部品動作
等価回路開発電子回路技術
測定技術計測器制御技術
コンピュータ技術データ解析技術
ケース・スタディ 【フォトカプラ場合】
1
2
3
4①入力側ダイオードの理論②出力側トランジスタの理論③伝達特性の理論
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
①入力側ダイオードの理論
1kT
qV
eISI
k:ボルツマン定数 (1.38×10^-23)[J/K]T:絶対温度 [K]IS:飽和電流 [A]q: 電子の電荷量 (1.6×10^-19)[C]N: エミッション係数
V>0の時
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
①入力側ダイオードの理論
0>V>-BV(BV:ブレークダウン電圧 ) の時
NkT
qVISI
Vd<-BV の時
NkT
qBVeISI NkT
VBVq
1
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
①入力側ダイオードの理論
CJO
Junction capacitance
Theory
SPICE
VJ
FC*VJ
Forward diode voltage Reverse diode voltage
VJ
VdMMFC
FC
CJOCj M 11
1 1
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
①入力側ダイオードの理論
Ir/If=1 の場合TT=1.44*trrtrr:逆回復時間 [sec]
ビー・テクノロジーの経験式
693.0
trjTT
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
①入力側ダイオードの理論
trj と trb の関係図
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
②出力側トランジスタの理論
Evers-Moll モデルGummel-Poon モデル
出力トランジスタで持たせたい機能
Transistor Saturation Characteristics Switching Time Characteristics
フォトカプラのデバイスモデルを考えた場合、機能要件、回路に組み込んだ場合での収束性も踏まえて、 Evers-Moll モデルを採用する。
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
②出力側トランジスタの理論
Evers-Moll モデルについて
古いモデルであるが、簡易的なモデルであり、厳密さを要求しない場合には、活用出来る。また、物理動作との関係性も良く、外部端子からの測定による抽出がしやすい為、現在でも使われている事がある。しかし、寸法の微細化により、改良型である Gummel-Poon モデルが主流になりつつある。
株式会社ビー・テクノロジーでは、フォトカプラの出力トランジスタに、Evers-Moll モデルを採用している。
【 Evers-Moll モデルの弱点】
①2次的効果が表現出来ない。②容量モデルが加味されていない。
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
②出力側トランジスタの理論Evers-Moll モデルについて
1kT
qVbc
kT
qVbc
kT
qVbe
eBR
ISeeISIC
11 kT
qVbc
kT
qVbe
eBR
ISe
BF
ISIB
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
②出力側トランジスタの理論Evers-Moll モデルについて
IB
ICBF (Vbe>0,Vbc<0)
IB
IEBR (Vbe<0,Vbc>0)
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
伝達特性をどのように等価回路で表現する事が最大のポイントである
CTR(Current Transfer Ratio)
100% If
IcCTR
CTR を回路で表現しなければならない。⇒SPICE記述で表現する為
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
R3
1 0 0 M e g
R4
1 0 0 M e g
0
0
V 10 V d c
E_ IF1EX PR = ( -2 6 6 . 5 7 +(- 2 9 2 . 4 7 *L O G 1 0 (I(V 1 ) ))) *V (EK 1 )
EV A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
0
D1D_ PC3 5 7 NT
E_ IF2(6 5 6 .5 7 +1 6 9 .7 * L O G1 0 (I(V 1 )) )*V ( EK 2 )
EV A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
E_ IF
V (E_ IF1 ) +V ( E_ IF2 )
EV A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
R5
1 0 0 M e g
E_ IF1 E_ IF
I12 0 m A d c
E_ IF2
EK 2EK 2
EX PR = I(V 1 )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,1 ) ( 9 .9 9 9 m , 1 ) (1 0 m , 0 )
O UT+O UT-
IN+IN-
EK 1
EX PR = I(V 1 )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,0 ) ( 9 .9 9 9 m , 0 ) (1 0 m , 1 )
O UT+O UT-
IN+IN-
EK 1
R2
1 0 0 M e g
R1
1 0 0 M e g
IF
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
0
-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
V 10 V d c
D1D_ PC3 5 7 NT
Q 1Q _ PC3 5 7 NT
V 2
5 V d c
RB E
1 0 0 k
I12 0 m A d c
G 1
EX PR = I(V 1 )* (V (E_ IF) /1 0 0 ) /1 0 0
G V A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
IB=I(V1)*(V(E_IF)/A)/hFE
アナログ・ビヘイビア素子を活用し、増幅度を表現する
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
0
-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
V 10 V d c
D1D_ PC3 5 7 NT
Q 1Q _ PC3 5 7 NT
V 2
5 V d c
RB E
1 0 0 k
I12 0 m A d c
G 1
EX PR = I(V 1 )* (V (E_ IF) /1 0 0 ) /1 0 0
G V A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
蓄積時間の表現①電流が流れると RBE が動作する②Q1 にある蓄積された電荷を RBE で逃がすようにする③RBE のパラメータで蓄積時間を変更出来るようにする
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
0
-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
V 10 V d c
D1D_ PC3 5 7 NT
Q 1Q _ PC3 5 7 NT RL
1 0 0
RB E
1 2 5 k
V CE2 V d c
CK E0 . 4 5 2 p
G 1
EX PR = I(V 1 )* (V (E_ IF) /1 0 0 ) /1 0 0
G V A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
CA C0 . 4 3 0 p
IF
TD = 0TF = 1 0 nPW = 2 0 uPER = 5 0 0 uI1 = 0I2 = 2 0 mTR = 1 0 n
R3
1 0 0 M e g
R4
1 0 0 M e g
0
0
V 10 V d c
E_ IF1EX PR = ( -2 6 6 . 5 7 +(- 2 9 2 . 4 7 *L O G 1 0 (I(V 1 ) ))) *V (EK 1 )
EV A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
0
D1D_ PC3 5 7 NT
E_ IF2(6 5 6 .5 7 +1 6 9 .7 * L O G1 0 (I(V 1 )) )*V ( EK 2 )
EV A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
E_ IF
V (E_ IF1 ) +V ( E_ IF2 )
EV A L UE
O UT+O UT-
IN+IN-
R5
1 0 0 M e g
E_ IF1 E_ IF
I12 0 m A d c
E_ IF2
EK 2EK 2
EX PR = I(V 1 )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,1 ) ( 9 .9 9 9 m , 1 ) (1 0 m , 0 )
O UT+O UT-
IN+IN-
EK 1
EX PR = I(V 1 )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,0 ) ( 9 .9 9 9 m , 0 ) (1 0 m , 1 )
O UT+O UT-
IN+IN-
EK 1
R2
1 0 0 M e g
R1
1 0 0 M e g
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
入力ダイオードの逆回復時間の測定方法TT パラメータは、 IFIR 法で trr を測定しなければならない。
Tektronix TDS3054B DIGITAL PHOSHOR OSCILLOSCOPEKENWOOD PA250-0.42A REGULATED DC POWER SUPPLY (Forward Side)KENWOOD PA36-3A REGULATED DC POWER SUPPLY (Reverse Side)逆回復特性試験回路 ( 株式会社ビー・テクノロジー製 )
逆回復特性試験機器は汎用測定計測機器が無い為、内製化致しました
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION1 LED IV Curve Characteristics
E_ IF
V (N0 0 0 5 9 )+V (N0 0 0 6 5 )
EV A L U E
O U T +
O U T -
IN +
IN -
0
CK E0 . 4 5 2 p
EK 2EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,1 ) ( 9 .9 9 9 m , 1 ) (1 0 m , 0 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
V 25 V d c
V s e n s e0 V d c
N006
IFCTR1
R_ IF1
1 0 0 M e g
CA C
0 . 4 3 0 p
C
IFCTR2
N005
EI_ F1(- 2 6 6 . 5 7 + (- 2 9 2 .4 7 *L O G 1 0 (I(V s e n s e ) )) )*V (N 0 0 2 )
EV A L U E
O U T +
O U T -
IN +
IN -
0
0
EK 1EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,0 ) ( 9 .9 9 9 m , 0 ) (1 0 m , 1 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
I12 0 m A d c
RB E
1 0 0 k
E_ IF2(6 5 6 .5 7 +1 6 9 .7 * L O G1 0 ( I(V s e n s e ) ))* V ( N 0 0 3 )
EV A L U E
O U T +
O U T -
IN +
IN -
G 1I(V s e n s e ) *(V ( N0 0 0 7 1 )/ 1 0 0 ) /1 0 0
G V A L U E
O U T +
O U T -
IN +
IN -
N002
N001
R_ IF
1 0 0 M e g
0
N003
RK 21 0 0 M e g
E
RK 11 0 0 M e g
Q 1Q _ PC 3 5 7 NT
D1D_ PC 3 5 7 NT
A
N004
-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
IFCTR
R_ IF2
1 0 0 M e g
K
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION1 LED IV Curve Characteristics
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION2 Transistor Saturation Characteristics
IFCTR
0
EK 2EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,1 ) ( 9 .9 9 9 m , 1 ) (1 0 m , 0 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
RK 11 0 0 M e g
EK 1EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,0 ) ( 9 .9 9 9 m , 0 ) (1 0 m , 1 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
V
C
G 1I(V s e n s e ) *(V ( IFCTR) /1 0 0 ) /1 0 0
G V A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
0
N002
0
A
R_ IF
1 0 0 M e g
EI_ F1(- 2 6 6 . 5 7 + (- 2 9 2 .4 7 *L O G 1 0 (I(V s e n s e ) )) )*V (N0 0 2 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
N003
I12 0 m A d c
RB E
1 0 0 k
E_ IF2(6 5 6 .5 7 +1 6 9 .7 * L O G1 0 ( I(V s e n s e ) ))* V ( N0 0 3 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
E
N006
N001
RK 21 0 0 M e g
IFCTR2
CK E0 . 4 5 2 p
Q 1Q _ PC3 5 7 NT
N004
E_ IF
V (IFCTR1 )+V ( IFCTR2 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
RL
1 0 0
V 22 V d c
D1D_ PC3 5 7 NT
V s e n s e0 V d c
CA C
0 . 4 3 0 p
-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
R_ IF2
1 0 0 M e g
R_ IF1
1 0 0 M e g
0
N005
K
IFCTR1
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION2 Transistor Saturation Characteristics
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION3 CTR Ratio Characteristics
0
0
-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
N001
RK 21 0 0 M e g
V 25 V d c
R_ IF2
1 0 0 M e g
IFCTR1
EK 2EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,1 ) ( 9 .9 9 9 m , 1 ) (1 0 m , 0 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
IFCTR2
R_ IF
1 0 0 M e g
R_ IF1
1 0 0 M e g
I12 0 m A d c
EK 1EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,0 ) ( 9 .9 9 9 m , 0 ) (1 0 m , 1 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
N004
E_ IF
V (IFCTR1 )+V ( IFCTR2 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
0
D1D_ PC3 5 7 NT
E
Q 1Q _ PC3 5 7 NT
RB E
1 0 0 k
G 1I(V s e n s e ) *(V ( IFCTR) /1 0 0 ) /1 0 0
G V A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
K
N006
CA C
0 . 4 3 0 p
E_ IF2(6 5 6 .5 7 +1 6 9 .7 * L O G1 0 ( I(V s e n s e ) ))* V ( N0 0 3 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
V s e n s e0 V d c
0
N005
A
N002EI_ F1
(- 2 6 6 . 5 7 +(- 2 9 2 .4 7 *L O G 1 0 (I(V s e n s e ) )) )*V (N0 0 2 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
CK E0 . 4 5 2 p
IFCTR N003
C
RK 11 0 0 M e g
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION3 CTR Ratio Characteristics
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION4 Switching Time Characteristics
0
IFCTR2
G 1I(V s e n s e ) *(V ( IFCTR) /1 0 0 ) /1 0 0
G V A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
IFCTR1
K
RK 21 0 0 M e g
N006
A
RB E
1 0 0 k
N002
N005-+
W 1
ION = 0IOF F = 1 0 0 u AW
RO N = 1 mRO FF = 1 0 e 6
C
R_ IF
1 0 0 M e g
CK E0 . 4 5 2 p
R_ IF1
1 0 0 M e g
CA C
0 . 4 3 0 p
D1D_ PC3 5 7 NT
N003
0
I3
TD = 0TF = 1 0 nPW = 2 0 uPER = 5 0 0 uI1 = 0I2 = 2 0 mTR = 1 0 n
E_ IF
V (IFCTR1 )+V ( IFCTR2 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
N001
EK 2EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,1 ) ( 9 .9 9 9 m , 1 ) (1 0 m , 0 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
EI_ F1(- 2 6 6 . 5 7 + (- 2 9 2 .4 7 *L O G 1 0 (I(V s e n s e ) )) )*V (N0 0 2 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
0
V 22 V d c
IFCTR
R_ IF2
1 0 0 M e g
E_ IF2(6 5 6 .5 7 +1 6 9 .7 * L O G1 0 ( I(V s e n s e ) ))* V ( N0 0 3 )
EV A L UE
O U T +
O U T -
IN +
IN -
RK 11 0 0 M e g
E
V s e n s e0 V d c
0
N004
Q 1Q _ PC3 5 7 NT R1
1 0 0
EK 1EX PR = I(V s e n s e )
ETA B L E
TA B L E = ( 0 ,0 ) ( 9 .9 9 9 m , 0 ) (1 0 m , 1 )
O U T +
O U T -
IN +
IN -
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
等価回路開発を終えたら、等価回路モデルで動作するかを検証します。EVALUATION4 Switching Time Characteristics
1.1 デバイスモデリング技術について
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モデリング理論 等価回路開発 測定方法確立 抽出方法確立
抽出方法は、どのように各種パラメータを決定していくと、デバイスの機能要件を満足させるかという最適化を行います。つまり、デバイスモデリングの手順を決定していきます。
フォトカプラのデバイスモデルのプロセスは、 25 あり、これらの順序を、誤ると、最適解には辿り着く事が出来ません。
経験則と試行錯誤で、プロセスを決定します。
【理由】
パラメータが、各種電気的特性において、独立している場合は、問題はありません。現実のデバイスでは、それぞれの電気的特性において、パラメータが相関関係を持っているため、プロセスの最適化が、重要になります。
1.1 デバイスモデリング技術について
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1.2 デバイスモデリングの種類について
DC モーター
半導体部品 受動部品
バッテリー DC モーター
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
現在提供しているデバイスモデル ( 半導体部品 )
一般ダイオード / スタンダードモデル一般ダイオード / プロフェッショナルモデル一般ダイオード / スペシャルモデルショットキ・バリア・ダイオードショットキ・バリア・ダイオード / プロツェナ・ダイオードJunction FETMOSFET/ スタンダードモデルMOSFET/ プロフェッショナルモデルパワー MOSFET/ スタンダードモデルパワー MOSFET/ プロフェッショナルモデルトランジスタパワー・トランジスタダーリントン・トランジスタパワー・サーミスタサイリスタIGBTボルテージ・リファレンスボルテージ・レギュレータシャント・レギュレータ
PWM ICオペアンプCMOSオペアンプコンパレータCMOS コンパレータサイダックフォトカプラフォト・ダイオードレーザー・ダイオード発光ダイオード光送信モジュール光受信モジュールシリコン・サージ・クランパサージ・アブソーババリスタTFD(Thin Film Diode)A-Si TFTPoly-Si TFTデジタルデバイス (一部 )
39 種類2005年 5月 26 日現在
1.2 デバイスモデリングの種類について
有償評価版を準備しております。お問合わせ下さい。
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現在提供しているデバイスモデル ( 受動部品 )
セラミックコンデンサ電解コンデンサフィルムコンデンサインダクタインダクタ / 直流重畳特性モデル抵抗器トランスコモン・モード・チョーク・コイル / スタンダードモデルコモン・モード・チョーク・コイル / プロフェッショナルモデルチョーク・コイルチョーク・コイル / 直流重畳特性モデルコア白熱電球ハロゲンランプ
【開発中のデバイスモデル】スピーカーマイクロフォン
14 種類
2005年 5月 26 日現在
1.2 デバイスモデリングの種類について
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現在提供しているデバイスモデル ( バッテリー )
リチウムイオン電池 (付加抵抗一定モデル )リチウムイオン電池 (付加抵抗可変モデル )リチウム電池 (付加抵抗一定モデル )リチウム電池 (付加抵抗可変モデル )ニッケルマンガン電池 (付加抵抗一定モデル )ニッケルマンガン電池 (付加抵抗可変モデル )ニッケル水素電池 (付加抵抗一定モデル )ニッケル水素電池 (付加抵抗可変モデル )アルカリ電池 (付加抵抗一定モデル )アルカリ電池 (付加抵抗可変モデル )オキシライド電池 (付加抵抗一定モデル )オキシライド電池 (付加抵抗可変モデル )
開発中のデバイスモデル太陽電池燃料電池 12 種類
1.2 デバイスモデリングの種類について
2005年 5月 26 日現在
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デバ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⇒ 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。
1.2 デバイスモデリングの種類について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
パラメータ・モデルの事例 (一般ダイオード )
*$*Part number:SF20LC30*Manufacturer:SHINDENGEN*All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc..MODEL SF20LC30 D+ IS=85.678E-6+ N=3.1502+ RS=6.8466E-3+ IKF=1.0882+ CJO=309.32E-12+ M=.41724+ VJ=.53477+ ISR=0+ BV=300+ IBV=250.00E-9+ TT=11.542E-9*$
1.2 デバイスモデリングの種類について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
パラメータ・モデルの事例 (一般ダイオード )
1.2 デバイスモデリングの種類について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
ビヘイビア・モデルの事例(一般ダイオード :逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル )
逆回復特性を考慮したダイオード・モデルはどんなデバイスに有効か?
パワー・エレクトロニクス回路で採用されるダイオード⇒ 特にスイッチング時間の影響度合いが強い用途⇒ メインのデバイスに影響を与えるダイオード
IGBT の FWD
POWER MOSFET のボディ・ダイオード
1.2 デバイスモデリングの種類について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
ビヘイビア・モデルの事例(一般ダイオード :逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル )
パラメータ・モデル
COMPONENTS:DIODE/ GENERAL PURPOSE RECTIFIERPART NUMBER: 1SR139-400MANUFACTURER: ROHM
*$* PART NUMBER: 1SR139-400* MANUFACTURER: ROHM* VRM=400,Io=1.0A=IFSM=40A* All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2004.MODEL 1SR139-400 D+ IS=11.797E-12+ N=1.3533+ RS=52.928E-3+ IKF=.20632+ ISR=0+ CJO=22.539E-12+ M=.36819+ VJ=.46505+ BV=400+ IBV=10.000E-6+ TT=7.6751E-6.ENDS*$
*$* PART NUMBER: 1SR139-400* MANUFACTURER: ROHM* VRM=400,Io=1.0A=IFSM=40A* All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2004.SUBCKT D1SR139-400 A KR_R2 5 6 3500 R_R1 3 4 1 C_C1 5 6 100p E_E1 5 K 3 4 1S_S1 6 K 4 K _S1RS_S1 4 K 1G.MODEL _S1 VSWITCH Roff=50MEG Ron=1m Voff=90mV Von=100mVG_G1 K A VALUE { V(3,4)-V(5,6) }D_D1 2 K D1SR139-400D_D2 4 K D1SR139-400F_F1 K 3 VF_F1 1VF_F1 A 2 0V.MODEL D1SR139-400 D+ IS=11.801E-12+ N=1.3533+ RS=52.928E-3+ IKF=.20632+ ISR=0+ CJO=22.539E-12+ M=.36819+ VJ=.46505+ BV=400+ IBV=10.000E-6+ TT=3.8551E-6.ENDS*$
ビヘイビア・モデル =等価回路モデル
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例(一般ダイオード :逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル )
逆回復時間の定義
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例(一般ダイオード :逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル )
パラメータ・モデル ビヘイビア・モデル =等価回路モデル
1.2 デバイスモデリングの種類について
Measurement Measurement
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ビヘイビア・モデルの事例(一般ダイオード :逆回復特性 trj,trb を考慮したモデル ) 【解析精度について】
ビヘイビア・モデル =等価回路モデル
Compare Measurement vs. SimulationSymbol Measurement Unit Simulation Unit %Error
trj 2.64 us 2.645 us 0.189trb 2.68 us 2.67 us 0.373
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
このモデルは、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。
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
等価回路のポイント
trb 期間中の時定数
CR
tIi exp
CR
1.2 デバイスモデリングの種類について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
IF
IR
dt
diLVL
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
i
VL
L の両端の電圧
ダイオードに流れる電流
リカバリー現象の領域
1.2 デバイスモデリングの種類について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
i
VL
L の両端の電圧
ダイオードに流れる電流
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。
dt
diLVL
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
trr
IR
Qrr
t
IF
電流変化率 di/dt が大きいとノイズの原因になる。
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt モデル )
ソフト・リカバリー⇒青色の線ハード・リカバリー⇒赤色の線
trr
IR
Qrr
t
IF
1.2 デバイスモデリングの種類について
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ビヘイビア・モデルの事例 (一般ダイオード : 電流減少率 didt 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
1.2 デバイスモデリングの種類について
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デバイスモデリング教材
1.2 デバイスモデリングの種類について
ダイオード・モデル編ダイオード・モデル + ノイズ・シミュレーション編逆回復特性 (trj+trb=trr) を考慮したダイオード・モデル編パワー MOSFET ・モデル編 (Ver.1.3)バイポーラ・ジャンクション・トランジスタ編
デバイスモデリングの学習にご活用下さい。詳細は、株式会社ビー・テクノロジーの WEB サイトをご覧下さい。http://www.bee-tech.com/
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1.3 シミュレーション技術について
EDA ツール
シミュレーション技術 デバイスモデル
回路設計者
個々の電子部品のデバイスモデル
が必要不可欠である
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①回路が間違っていても回路解析結果を計算してしまう。 ⇒回路動作について理解していなければならない。
②デフォルト (理想素子 ) のデバイス・モデル (SPICE モデル ) を採用すれば、 理想の解析結果を計算してしまう。実際の解析結果とは波形が明らかに 違う。 ⇒自分が取り扱うデバイスのデバイス・モデル (SPICE モデル ) を採用する 必要がある。
⇒ つまり、実際の回路を構成するデバイス (または等価的な回路 ) を採用すれば、 現実と整合性がとれた回路解析結果が得られる。
回路解析シミュレーションの注意点
1.3 シミュレーション技術について
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FCC(Forward Coupling Converter)
L5
L4
R1
R2
C3
C5
C1 R5
C4
L2
U1
D5LC20U_PRO
R3
L1 L3
C2
C6
U2
D5LC20U_PRO
R4
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 45
RL
0
Output Voltage=5(V),Output Current=2(A)
1.3 シミュレーション技術について
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TR1 が ON した時に D1 が ON して負荷に電流を流します。TR1 が OFF した時にチョークコイルに溜まったエネルギーを D2 を通過し負荷に供給します。
TR1
C1Vcc
D2RL
ON
OFF
T1
ON
D1L1
FCC(Forward Coupling Converter) について1.3 シミュレーション技術について
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FCC(Forward Coupling Converter) について
TR1
C1Vcc
D2RL
ON
OFF
T1
ON
D1L1
Tr1 が ON の場合
ON
ON
1.3 シミュレーション技術について
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FCC(Forward Coupling Converter) について
Tr1 が OFF の場合
TR1
C1Vcc
D2RL
ON
OFF
T1
ON
D1L1
OFF
ON
1.3 シミュレーション技術について
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回路モデルの考え方
C4
1000u
C1330p
C12
1000u
C14
0.22u
R122
D5
D5LC20U C9680p
C15
0.22u
L1
69uH
R3
22C13
0.22u
0
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 50R8
6
C8
680p
D4
D5LC20u
R2270R4
22C5
1000u
R3
22C4
3000u
C50.66u
0
R60.106
L910nHL1
69uH
L6
30nH
C8
680p
C9680p
L42.5n
R4
22
L830nH
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 50
D12
D5LC20UR2270
C11
5p
D11
D5LC20u
R122
R5
6
C1330p
等価的に回路モデルを考える
1.3 シミュレーション技術について
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回路解析シミュレーションに必要なシミュレーション技術の考え方
トランス 2次側入力波形をパルス電源で表現する
整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードを忠実に再現する
チョークコイルを等価的に考える
コンデンサの等価回路を考える
配線長の影響を考慮する
1.3 シミュレーション技術について
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トランスの入力波形の考え方
TR1
C1Vcc
D2RL
ON
OFF
T1
ON
D1L1
トランス 2次側入力波形をパルス電源に置き換えます。
実際の回路基板があれば、オシロスコープでトランス 2次側入力波形を確認し、その波形をパルス電源に置き換えます。
1.3 シミュレーション技術について
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トランス 2次側入力波形をパルス電源に置き換える
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 45V1:初期電圧V2: パルス電圧TD:遅延値TR:立ち上がり時間TF:立ち下がり時間PW: パルス幅PER: 周期値
1.3 シミュレーション技術について
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整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードのモデル
ここでのポイントは、逆回復特性の表現です。通常のダイオード・モデルパラメータでは正確に逆回復特性を表現する事が出来ません。ここでは、プロフェッショナル・モデルを採用致します。
Simulation Measurementプロフェッショナルモデルとは、逆回復特性 (trj,trb) を忠実に再現した等価回路モデルです。
1.3 シミュレーション技術について
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チョークコイルの考え方
C4
1000u
C1330p
C12
1000u
C14
0.22u
R122
D5
D5LC20U C9680p
C15
0.22u
L1
69uH
R3
22C13
0.22u
0
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 50R8
6
C8
680p
D4
D5LC20u
R2270R4
22C5
1000u
チョークコイルは等価的に考えます。本格的にシミュレーションする場合は、周波数を考慮した等価回路モデルが必要になります。ここでは、特に回路に影響する要因を考え、等価モデルを作成します。
L3
69uH
C4
5p C4 を追加する事で、回路による影響要因を加える事が出来ます。
1.3 シミュレーション技術について
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コイルの等価回路の考え方 ( 周波数を考慮する )
10-3
100
103
106
109(Hz)
Impedance vs. Frequency Inductor model
R 1L 1
L 1
R 1
R 1L 1C 1
L 1
10-3
100
103
106
109(Hz)
Impedance vs. Frequency Inductor model
R 1L 1 R 1L 1
L 1
R 1
L 1
R 1
R 1L 1C 1
R 1L 1C 1
L 1L 1
1.3 シミュレーション技術について
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コンデンサをどのように表現するか
コンデンサの内部には ESR と ESL が存在します。回路動作に ESR 及びESL が影響する場合は、回路図上に無くても、回路解析シミュレーションをする場合は、具体的な値を入れなくてはいけません。 ESR値及び ESL値をサプライヤー企業にお問合わせするか。プレシジョン・インピーダンス・アナライザで計測を行う必要があります。
L510nH
R50.106
U2
D5LC20U_PRO
U1
D5LC20U_PRO
C4
5p
L230nH
C60.66u
C53000u
R122
R2
22
L1
30nH
0
R3
22
C3680p
R4270
C2
680p
L42.5n
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 45
RL
5
C1330p
L3
69uH
1.3 シミュレーション技術について
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コンデンサの等価回路の考え方 ( 周波数を考慮する )
Impedance vs. Frequency Capacitor model
10-3
100
103
106
109
(Hz)
Impedance vs. Frequency Capacitor model
10-3
100
103
106
109
(Hz)
コンデンサの種類により、 ESR値及び ESL値には傾向があります。その特性も考慮しなければなりません。
1.3 シミュレーション技術について
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配線長を考慮し、反映させる
配線長の影響が回路動作に与える場合、配線長のインダクタンス値は回路図にはありませんが、配線長のインダクタンス成分を負荷しなければなりません。この回路の場合、特に影響度合いが強い箇所に配線長の値を入れております。 L5 のインダクタンスは配線長です。
L510nH
R50.106
U2
D5LC20U_PRO
U1
D5LC20U_PRO
C4
5p
L230nH
C60.66u
C53000u
R122
R2
22
L1
30nH
0
R3
22
C3680p
R4270
C2
680p
L42.5n
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 45
RL
5
C1330p
L3
69uH
1.3 シミュレーション技術について
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回路解析シミュレーション
L510nH
R50.106
U2
D5LC20U_PRO
U1
D5LC20U_PRO
C4
5p
L230nH
C60.66u
C53000u
R122
R2
22
L1
30nH
0
R3
22
C3680p
R4270
C2
680p
L42.5n
V1
TD = 0
TF = 100nPW = 1.2uPER = 5u
V1 = -28
TR = 50n
V2 = 45
RL
5
C1330p
L3
69uH
Simulation SettingsAnalysis type:Time Domain(Transient)Run to time=50m(sec)Step Size=1m(sec)
1.3 シミュレーション技術について
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回路解析シミュレーション
収束問題について
回路解析シミュレーションにおいて、収束問題に直面します。回避方法は、回路図を工夫するか。もしくは .OPTION で回避するかの 2通りがあります。実際には .OPTION で回避します。 .OPTION で回避出来ない場合は、回路図上に問題があると考えた方がいいです。
この回路解析シミュレーションの場合は、下記のように設定します。
.OPTION RELTOL=0.01VNTOL=1mABSTOL=1nGMIN=1E-10ITL1=500ITL2=200ITL4=40
1.3 シミュレーション技術について
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出力電圧
出力電圧が目的の 10(V) である事を確認します。また、シミュレーション結果より、 6m(sec) 以降に出力電圧が安定している事が確認出来ます。
1.3 シミュレーション技術について
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出力電流
出力電流が目的の 2(A) である事を確認します。また、シミュレーション結果より、 6m(sec) 以降に出力電流が安定している事が確認出来ます。
Trace I(RL)
1.3 シミュレーション技術について
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整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードにおける突入電流が確認出来ます。
Trace I(X_U1.VF_F1)= 整流側ダイオードの電流Trace I(X_U2.VF_F1)=フライホイール側ダイオードの電流
整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードにおける突入電流1.3 シミュレーション技術について
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整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードにおける突入電流
過渡解析における 0m(sec) から 8m(sec) の拡大図です。
Trace I(X_U1.VF_F1)= 整流側ダイオードの電流Trace I(X_U2.VF_F1)=フライホイール側ダイオードの電流
1.3 シミュレーション技術について
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整流側ダイオードの損失シミュレーション
損失の計算方法Trace AVG(V(U1:A,C2:1)*I(X_U1.VF_F1))で波形を表示させ、カーソル機能で数値を読み取ります。整流側ダイオードの損失は、 4.6595(W) でした。
1.3 シミュレーション技術について
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フライホイル側ダイオードの損失シミュレーション
損失の計算方法Trace AVG(V(U2:A,U2:K)*I(X_U2.VF_F1))で波形を表示させ、カーソル機能で数値を読み取ります。フライホイル側ダイオードの損失は、 15.259(W) でした。
1.3 シミュレーション技術について
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出力ノイズの検証
出力ノイズ波形を観察する事が出来ます。
1.3 シミュレーション技術について
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①回路技術の理解が必要不可欠である。
②回路図には描かれていない要因も考慮する必要がある。
③シミュレーション技術 = デバイスモデリング技術に近い。
シミュレーション技術を向上させる為には、どうすればいいか。
⇒経験豊富なエンジニアと一緒になって、または、指導を 受けながら、回路解析シミュレーションを行う。
1.3 シミュレーション技術について
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2.1 デバイスモデルの整備について2.2 回路解析シミュレーションのテンプレート集を準備する2.3 デザインキットについて
2. PSpice に必要不可欠な環境について
EDA ツール
シミュレーション技術 デバイスモデル
回路設計者
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2.1 デバイスモデルの整備について
回路解析シミュレーションを行う場合には、 EDA ツールが先ず必要です。
その次に、自分が回路設計を行う際に採用したいデバイスモデルを準備しなくてはなりません。
つまり、材料表ベースでの部品 ( デバイス ) のデバ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。
ここでの EDA ツールは、 PSpice を想定しております。
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回路開発実験室と同じ環境をコンピュータ上に創る
自分が良く採用するデバイスのデバイスモデル (SPICE MODEL) を最初から準備し、整備していく。
2.1 デバイスモデルの整備について
【株式会社ビー・テクノロジーの調査結果】回路設計者が頻繁に取り扱うデバイスの平均は 19.5 個である。
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整備するべきデバイスモデル
デバイスモデルのデータだけではなく、そのデバイスモデルのバックグランドのデータが必要になる。
採用するデバ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。
実際のデバイス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なりません。
デバイスモデル バックグランドのデータ+
2.1 デバイスモデルの整備について
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バックグランドのデータについて ( 事例 )
COMPONENTS : OPERATIONAL AMPLIFIER (CMOS)PART NUMBER : NJU7007MANUFACTURER : 新日本無線株式会社
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7
2.1 デバイスモデルの整備について
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*$*PART NUMBER: nju7007*MANUFACTURER: NEW JAPAN RADIO *CMOS OPAMP*All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Corporation 2004.SUBCKT nju7007 IN- IN+ VDD VSS OUTM1 2 IN- 3 VDD MbreakPD3 M2 2 IN+ 4 VDD MbreakPD2 M3 VDD 1 2 VDD MbreakPD M4 VDD 1 5 VDD MbreakPD ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(省略)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・.MODEL MbreakPD3 PMOS (LEVEL=3 L=6u W=0.0963 VTO=-1.5+ RS=10.0E-3 RD=10.00E-3 RDS=1.14800E6 TOX=2E-6 CGSO=4.000E-12+ CGDO=1.000E-12 CBD=0.400E-8 RG=5 RB=1.0000E-3 KP=1E-6).ENDS nju7007.SUBCKT DbreakZ A KD1 A K DFDZ A2 A DRVZ K A2 1.MODEL DF D .MODEL DR D .ENDS DbreakZ*$
2.1 デバイスモデルの整備について
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Output Voltage Swing
00
V 11
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 2
N J U 7 0 0 7V 3
3
V O H
V 20
V 63
R 3
1 M E G
V 5
1
V O L
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7 R 2
1 M E G
V 4
0
VOH
VOL
Measurement Simulation %Error
VOH (V) 2.9 2.9003 -0.01
VOL (V) 0.1 0.1 0
2.1 デバイスモデルの整備について
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Input Current
V 10 V d c
0
V 2
0 V d cV 3
3
O U T
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7
Measurement Simulation % Error
Ib (pA) 1 0.9997 0.03
IOS (pA) 1 1 0
2.1 デバイスモデルの整備について
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Input Offset Voltage
V 1
0
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7
0
V 23
O U T
Measurement Simulation %Error
VOS (mV) 4 3.9998 0.005
2.1 デバイスモデルの整備について
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Open loop Voltage Gain
I N
V 1
F R E Q = 0V A M P L = 0
V O F F = 0
A C = 1 mD C = -3 . 9 9 9 8 m
0
O U T
V 23
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7
Measurement Simulation %ErrorAv (dB) 70 69.913 0.124
2.1 デバイスモデルの整備について
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Common-Mode Rejection Ratio
0
R 3
7 0 0 k
0
V I N 1IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 2
N J U 7 0 0 7
R 2
1 k
0
o u t 2
0
R 8
7 0 0 k
R 7
7 0 0 k
V 11 . 5
V 23
R 6
1 k
V I N 11 . 5
V 31 . 5
V 43
0
0
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7
R 4
7 0 0 k
R 5
1 k
V I N 2
0
0
V I N 20
o u t 1
R 1
1 k
Measurement Simulation %ErrorCMRR
(dB) 65 65.213 -0.328
RS
RSRF
VoutVout
VinVinCMRR
21
21log20
2.1 デバイスモデルの整備について
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Slew Rate
V 2
3
IN+
IN-
-
VDD
VSS
OUT
+
U 1
N J U 7 0 0 7
V 1
TD = 5 0 u
TF = 0P W = 5 0 0 uP E R = 1 m
V 1 = 0
TR = 0
V 2 = 5
O U T
0
Slew Rate= Slope of output = (2.6739-391.304m)/(76.362u-53.637u)= 0.1 V/us
Measurement Simulation % ErrorSR
(V/us) 0.1 0.1 0
2.1 デバイスモデルの整備について
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
回路解析シミュレーションにおける全体時間の割合について
<Doc> <RevCode>
<Title>
B
1 1Monday, June 26, 2000
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet of
0
0
0
VoutP
VoutP
RM5
45.44K
CM540.31p
D109
D1N60
L61.72uH
L7
2.69uH
L9
8.74uH
L8
8.22uH
L5
348.38uHR11
0.011
R10
0.012
PC101
TLP721
0
1
2
3
A
K
C
E
R106
27K
R116
220
R1131k
R112
4.7k
R211
1.5k
R203
6.2K
R107
0.22
L211
2.93uH
R205
1.2k
R204
270
R201
220
R202
220
R206
1K
RL211
0.009
D104
DMTZJ3B
D110
DEG01C
RL221-2
7.5k
CL211
2.38p
D106
DRD22FB2
Q103
M2SK2188
R110
12k
D211DF5KQ60
0Vac
TRAN = pulse(0 135 0 1u 1u 25ms 30ms)
0Vdc
D222
DF5KQ60
Drooper
RLSWEEP_01_V2
01
23V2P
V2NVOUTPVOUTNS
V2
Implementation = V2
Q102
Q2SC3377
R_LOAD
5.7
D105
D1SS270A
K T101
COUPLING = 1K_Li1near
R6
0.004
R104
100K
R20
0.32
R119
27K
L11
11.31uH
R7
0.005
R105100k
R114
1k
Q101
M2SK2188
C113
ECKN3D471KBB
01
14
R11-1
4.15kCM11
18.06p
C108
APHF-200K223_0100
01
14
D111
D1SK2188
C111
SMH200VN270-22A
01
14
C202
TC04RKME50VB1
01
14
C214
RJJ-35V221MG5-T20
01
14
C211
RJJ-35V561MI5-T4
01
14
C212
RJJ-35V561MI5-T4
01
14
C213
RJJ-35V561MI5-T4
01
14
C117
ECQ-B1H102JF301
14
C110
ECQ-B1H103JF3
0 114
C115
ECQ-B1H103JF3
0 114
C116
ECQ-B1H103JF30 1
14
C201
ECQV1H104JL3
0 114
C125
ECKN3D471KBB01
14
L103
FBA04HA600AAB-00
0 11 3
L104
FBA04HA600AAB-00
0 11 3
L105
FBA04HA600AAB-00
0 11 3
L111
FBA04HA600AAB-00
0 11 3
U46
ANT1431T
0
12
R
AC
1
1
1
1
I
I
I
I
I
RCCMODEL_VALI_DCINPUT
1
採用回路: FETスナバー型 RCC回路仕様:入力 AC90-132(V) 出力 DC16(V),2.8A,f=50-110kHz
2.1 デバイスモデルの整備について
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○起動特性○動作波形検証○垂下特性○主スイッチ損失計算○ダイオード損失計算○過渡応答特性 対入力 対負荷
2.1 デバイスモデルの整備について
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波形比較 Vds, Id, Vgs( Q101) 全負荷
実測
2us/div
2us/div
Simulation
100V/div2A/div5V/div
50V/div1A/div2.5V/div
2.1 デバイスモデルの整備について
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波形比較 Vds, Id, Vgs( Q101) 軽負荷
2.1 デバイスモデルの整備について
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波形比較 I( C108) 全負荷
2.1 デバイスモデルの整備について
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波形比較 I( C108) 軽負荷
2.1 デバイスモデルの整備について
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波形比較 V( D222-A) 全負荷
2.1 デバイスモデルの整備について
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回路解析シミュレーションにおける全体時間の割合
①デバイスモデルの整備 (1ヶ月間 )②PSpice Capture CIS⇒ 回路図作成で 10 分間③PSpice による回路設計及び波形検証⇒ 設計とシミュレーション検証で 110 分間
回路解析シミュレーションを活用しないで、試作を繰り返しながら、回路設計をした場合、 2ヶ月間
⇒ デバイスモデルが最初から整備されていれば、 2 時間で回路設計 業務が終了する。
2.1 デバイスモデルの整備について
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デバイスモデルの有効的な環境
シミュレーションベースの部品選定⇒ 検証済みデバイスモデルをデータベースで持つ。
Shindengen/SF3L60UInternational Rectifier/HFA08TB60
Harris Semiconductor/RURD460General Semiconductor/UF5406
Circuit Simulation
2.1 デバイスモデルの整備について
人間可読から機械可読へ
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【株式会社ビー・テクノロジーの計画】2.1 デバイスモデルの整備について
スパイス・パーク
回路設計者を対象に、スパイス・パークの発売を計画しています。発売予定日は、 2005年 10月 5 日です。
スパイス・パークとは、デバイスモデル ( スパイスモデル ) のデータベースです。
詳細が決まり次第、告知していきます。
スパイス・パークは株式会社ビー・テクノロジーの商標登録です。
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2.2 回路解析シミュレーションのテンプレート集を準備する回路解析シミュレーションを効果的に活用する方法
①解析したい回路に合ったデバイス・モデルを活用する。 ⇒目的に合ったデバイス・モデルを活用する。単純な解析なのか、温度を 考慮しなければいけないのか、ノイズを解析したいのか。
②テンプレート集を持つ
大規模回路や、実績の無い回路の回路解析シミュレーションを行うと、必ずと言っていいほど、エラーが表示されてしまいます。また、エラーの原因を明確にする事は困難を極めます。
(1) 最初は小規模回路を作り実績を積む。(2) 回路を構成する素子数 ( デバイス数 ) を増やしていく。
⇒ 動作実績のあるサンプル回路をテンプレート集として、保有し、変更しながら 目的の回路図に近づけて行くのが効果的な方法です。
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2.3 デザインキットについて
ゼロから回路解析シミュレーションを行うのは大変です。回路解析シミュレーションのテンプレート集としてご利用下さい。
現在、ご提供しているデザインキットは 4 種類です。
Forward Coupling Converter(FCC 回路 )Ringing Choke Converter(RCC 回路 ) 低損失リニアレギュレータ高精度リニアレギュレータ
【内容】デバイスモデル ( スパイスモデル )回路図シンボルデバイスモデリング・レポート回路解析シミュレーションに必要な全てのファイル回路解析シミュレーションの解説書 (考え方 )
ご購入のその日から、回路解析シミュレーションを行う事が出来ます。デザインキットは、 PSpice で動作致します。
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2.3 デザインキットについて
Forward Coupling Converter(FCC 回路 ) Ringing Choke Converter(RCC 回路 )
低損失リニアレギュレータ 高精度リニアレギュレータ
デザインキットは、 PSpice で動作致します。
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2.3 デザインキットについて
現在開発中のデザインキットの回路方式について (25 回路方式 )
降圧チョッパ 昇圧チョッパ 昇降圧チョッパ フォワード フライバック フルブリッジ ハーフブリッジ プッシュプル CUK SEPIC ZETA 絶縁 CUK 電圧共振
電流共振 共振 E級共振 複共振 アクティブクランプ 位相シフト 同期整流 電流モード 力率改善 マルチフェーズ 電流型 三相フルブリッジインバータ
2005年 6月 15 日現在
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3. PSpice を活用した事例
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
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3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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この回路シミュレーションの場合、 PWM IC のデバイスモデリングがポイントとなります。
如何にして PWM IC の機能を等価回路に盛り込むか。を検討していきます。
等価回路の開発の際には、 IC の機能をモジュールに分割し、各モジュール毎にモデリングをしていきます。
COMPONENTS: Pulse Width Modulation IC (PWMIC)PART NUMBER: FA5311BPMANUFACTURER: Fuji Electronics
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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等価開発のプロセス3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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等価開発のプロセス3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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等価開発のプロセス3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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0
5
C 66 8 0 0 p
U 1 2
TC L O S E = 0
1 2
U 1 9
N O R 3
012
3123
6
U 1
D Z F A 5 3 1 X
01
12
0
Q 1Q N
U C O M P
P W M C O M P A R A TO R
0
1
2
3
4
1
2
3
4
5
R 1 1
0 . 0 0 1
Q 3Q N
Q 4Q P
U 1 4
C O M P 2
0
121
23
0
U V L O
C T3 6 0 pI C = 0
7
R 9
2 2 0
V 12 . 8 V d c
V 4
F R E Q = 5 0 KV A M P L = 0 . 2 5V O F F = 0
U 1 5
R S F F L O P
0
12
6
82
+
-
+
-
S 1
S
V O N = 1 . 0 VV O F F = 0 . 0 V
1
0
CS pin voltage
I 1
1 0 u A d c
3
U 1 1
O S CF R E Q = 1 3 5 K
0
1
1
7
R c s p
1 G
0
V D T2 . 2 V d c
E 2
I F ( V (U V L O ) >0 . 8 , 9 . 2 , 1 5 . 5 )E V A L U E
O U T+O U T-
I N +I N -
0
00
0
R 2 1
1 k
V 3 TD = 2 0 U
TF = 1 0 NP W = 2 0 0 UP E R = 5 0 0 U
V 1 = 5
TR = 1 0 U
V 2 = 2
0
8
V 7
0 . 2 4 V d c
R T
5 . 1 k
O S C C L K
Q 2Q N
DT voltage
0
U 1 7
I N V
0112
6
0
0
0
V 82 V
V 2
TD = 0
TF = 1 0 NP W = 2 0 0 UP E R = 5 0 0 U
V 1 = 0
TR = 5 0 U
V 2 = 3 . 6
V c c
1 8 V d c
2
p wm o u t
o v e rc u rre n t
U 1 6
C O M P 2
0
121
23
C 3
C O M P 2
0
121
23
U 1 3
C O M P 2
0
12
1
23
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
PWM IC の等価回路図
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3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
PWM IC のシミュレーション
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+
U8
C23
Q1Q2SA1150
R3
4.7k
C56800p
CT
1500pIC = 0
U2MTZJ24B
U11
5D-11
R16
910U9PC817VS3
TD = 3.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R10
2.2k
D4
SF6L20U
sec
R2
4.7k
VDT10Vdc
R12
2.2k
R9
2.2
U10TL431
R7
220
0
VS4TD = 13.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R6
220
+
U5
C21
U4
T1
5
3
6_7
8_9
2
1
R load
48
C2
3300p
R40.22
U3
FA5311BPFOSC = 30K
1 2 3 45678
D1
D1NS4
out
R13
680
UT22SK1006-01MR
RT
5.6k
R1
22k
2.2kR17
0
C4
47uIC = 22.75
C32200p
C8
0.22u
R5
100
R14
330k
R8
0.001
0
0
U1
D2SBA60
1 2 3 4
CS
0.22uIC = 0.89
VS2
TD = 10m
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
UT12SK1006-01MR
D2
S2L60
R112.2k
D3
ERA91-02
U7
L21
VS1TD = 0
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
+
U6
C22
C1
220u
18kR15
C7
0.047u
PWM IC power supply circuit 24V 2A
Simulation setting
AnalysisAnalysis type: Time domain (Transient)Run to time: 100msMaximum step size: 1us
OptionsRELTOL: 0.01VNTOL: 1.0mABSTOL: 1.0nITL1: 500ITL2: 200ITL4: 40
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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V output, I output+
U8
C23
Q1Q2SA1150
R3
4.7k
C56800p
CT
1500pIC = 0
U2MTZJ 24B
U11
5D-11
R16
910U9PC817VS3
TD = 3.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R10
2.2k
D4
SF6L20U
s ec
R2
4.7k
VDT10Vdc
R12
2.2k
R9
2.2
U10TL431
R7
220
0
VS4TD = 13.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R6
220
+
U5
C21
U4
T1
5
3
6_7
8_9
2
1
R load
48
C2
3300p
R40.22
U3
FA5311BPFOSC = 30K
1 2 3 45678
D1
D1NS4
out
R13
680
UT22SK1006-01MR
RT
5.6k
R1
22k
2.2kR17
0
C4
47uIC = 22.75
C32200p
C8
0.22u
R5
100
R14
330k
R8
0.001
0
0
U1
D2SBA60
1 2 3 4
CS
0.22uIC = 0.89
VS2
TD = 10m
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
UT12SK1006-01MR
D2
S2L60
R112.2k
D3
ERA91-02
U7
L21
VS1TD = 0
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
+
U6
C22
C1
220u
18kR15
V
C7
0.047u
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
VAC input 110Vrms, 50Hz (Simulation)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
V output, I output (Measurement)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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VAC input, V Ripple+
U8
C23
Q1Q2SA1150
R3
4.7k
C56800p
CT
1500pIC = 0
U2MTZJ24B
U11
5D-11
R16
910U9PC817VS3
TD = 3.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R10
2.2k
D4
SF6L20U
sec
R2
4.7k
VDT10Vdc
R12
2.2k
R9
2.2
U10TL431
R7
220
V
0
VS4TD = 13.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R6
220
V
+
U5
C21
U4
T1
5
3
6_7
8_9
2
1
R load
48
C2
3300p
R40.22
U3
FA5311BPFOSC = 30K
1 2 3 45678
D1
D1NS4
out
R13
680
V+
UT22SK1006-01MR
RT
5.6k
R1
22k
2.2kR17
0
V-
C4
47uIC = 22.75
C32200p
C8
0.22u
R5
100
R14
330k
R8
0.001
0
0
U1
D2SBA60
1 2 3 4
CS
0.22uIC = 0.89
VS2
TD = 10m
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
UT12SK1006-01MR
D2
S2L60
R112.2k
D3
ERA91-02
U7
L21
VS1TD = 0
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
+U6
C22
C1
220u
18kR15
C7
0.047u
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
VAC input 110Vrms, 50Hz (Simulation)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
VAC input 110Vrms, 50Hz (Measurement)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
V Ripple ,V Thermistor 50Hz (Simulation)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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V Ripple ,V Thermistor 50Hz (Measurement)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
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PWM IC: OSC, FB, and OUT
U1
D2SBA60
1 2 3 4
D4
SF6L20U
Q1Q2SA1150
+
U8
C23
U7
L21
U11
5D-11
CT
1500pIC = 0
C32200p
C4
47uIC = 22.75
s ec
R2
4.7k
U2MTZJ 24B
0
RT
5.6k
R7
220
V
U9PC817
0
U3
FA5311BPFOSC = 30K
1 2 3 45678
C2
3300p
R40.22
18kR15
R load
48
U10TL431
VS2
TD = 10m
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
C1
220u
R8
0.001
R10
2.2k
+
U5
C21
C7
0.047u
UT22SK1006-01MR
R6
220
D3
ERA91-02
C8
0.22u
R13
680
VDT10Vdc
R16
910
V
D1
D1NS4
2.2kR17
R5
100
+U6
C22
R12
2.2kUT1
2SK1006-01MR
C56800p
VS4TD = 13.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R3
4.7k
R14
330k
0
R9
2.2
R1
22k
VS1TD = 0
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
out
VS3TD = 3.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
CS
0.22uIC = 0.89
D2
S2L60
0
U4
T1
5
3
6_7
8_9
2
1
V
R112.2k
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
PWM IC: OSC, FB, and OUT (Simulation)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
PWM IC: OSC, FB, and OUT (Measurement)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
Power MOSFET UT1 2SK1006-01MR VG and VC
U1
D2SBA60
1 2 3 4
D4
SF6L20U
Q1Q2SA1150
+
U8
C23
U7
L21
U11
5D-11
CT
1500pIC = 0
C32200p
C4
47uIC = 22.75
s ec
R2
4.7k
U2MTZJ 24B
0
RT
5.6k
R7
220
U9PC817
0
U3
FA5311BPFOSC = 30K
1 2 3 45678
C2
3300p
R40.22
18kR15
R load
48
U10TL431
VS2
TD = 10m
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
C1
220u
R8
0.001
R10
2.2k
+
U5
C21
C7
0.047u
UT22SK1006-01MR
R6
220
V
D3
ERA91-02
C8
0.22u
R13
680
VDT10Vdc
R16
910
V
D1
D1NS4
2.2kR17
R5
100
+
U6
C22
R12
2.2kUT1
2SK1006-01MR
C56800p
VS4TD = 13.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
R3
4.7k
R14
330k
0
R9
2.2
R1
22k
VS1TD = 0
TF = 3.44msPW = 2.8mPER = 20ms
V1 = 0
TR = 3.76ms
V2 = 144
out
VS3TD = 3.76m
TF = 0.48msPW = 1nPER = 20ms
V1 = 0
TR = 2.32ms
V2 = 6
CS
0.22uIC = 0.89
D2
S2L60
0
U4
T1
5
3
6_7
8_9
2
1
R112.2k
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
PWM IC: OSC, FB, and OUT (Simulation)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
PWM IC: OSC, FB, and OUT (Measurement)
3.1 PWM IC を採用した電源回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
回路解析シミュレーションのポイント
DC モーターのデバイスモデリング⇒過渡解析のおいて、機能を満たすモデル
タイマー IC のデバイスモデリング⇒過渡解析において、タイマー IC の機能を満たすモデル
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
12 Vdc power supply turn on
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
V1TD = 40m
TF = 10n
V1 = 0
TR = 6.4m
V2 = 12 +-
U1
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1
0
LOAD = 0.125AT = IKT
T: torqueKT: torque constantI: current
Supply voltage 12Vdc6.4msec rise time
MOTOR NO LOAD : I = 0.125A
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
Motor voltage ,at no load
Motor current ,at no load
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
Motor voltage ,at no load
Motor current .at no load
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
V1TD = 40m
TF = 10n
V1 = 0
TR = 6.4m
V2 = 12 +-
U1
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1
0
LOAD = 0.615AT = IKT
T: torqueKT: torque constantI: current
Supply voltage 12Vdc6.4msec rise time
MOTOR WITH FAN LOAD : I = 0.615A
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
Motor voltage ,at fan load
Motor current ,at fan load
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
DC モーターのデバイスモデル
Motor voltage ,at fan load
Motor current ,at fan load
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
D6
D4001
0
R4
10k
0
R3
30k
Q1Q2SC1061
RV1
{vr1}
Q2QBC547
0
D4
D4001
V30Vdc
C2
1nFIC = 0
D7
D4001V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
C3470u
D5
D4001
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
RV2
{500k-vr1}
0
0
D2
D1N4148
D3D4001
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.125
0
1
D1
D1N4148
V
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
Rectified dc voltage with ripple
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
Rectified dc voltage with ripple
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
D6
D4001
0
R4
10k
0
R3
30k
Q1Q2SC1061
RV1
{vr1}
V
Q2QBC547
0
D4
D4001
V30Vdc
C2
1nFIC = 0
D7
D4001V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
C3470u
D5
D4001
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
RV2
{500k-vr1}
0
0
D2
D1N4148
D3D4001
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.125
0
1
D1
D1N4148
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
IC 555 Output Pulse Voltage
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
IC 555 Output Pulse Voltage
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
D6
D4001
V-
0
R4
10k
0
R3
30k
Q1Q2SC1061
RV1
{vr1}
V+Q2
QBC547
0
D4
D4001
V30Vdc
C2
1nFIC = 0
D7
D4001V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
C3470u
D5
D4001
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
RV2
{500k-vr1}
0
0
D2
D1N4148
D3D4001
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.125
0
1
D1
D1N4148
V-
V+
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
Transistor Q2: VCE
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
Transistor Q2: VCE
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
D6
D4001
0
R4
10k
0
R3
30k
Q1Q2SC1061
RV1
{vr1}
Q2QBC547
0
D4
D4001
V30Vdc
C2
1nFIC = 0
D7
D4001V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
C3470u
D5
D4001
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
RV2
{500k-vr1}
0
0
D2
D1N4148
D3D4001
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.125
0
1
D1
D1N4148
V-
V+
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
Transistor Q1: VCE, IC
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
Transistor Q1: VCE, IC
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
D6
D4001
V+
0
R4
10k
0
R3
30k
Q1Q2SC1061
RV1
{vr1}
V-
Q2QBC547
0
D4
D4001
V30Vdc
C2
1nFIC = 0
D7
D4001V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
C3470u
D5
D4001
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
RV2
{500k-vr1}
0
0
D2
D1N4148
D3D4001
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.125
0
1
D1
D1N4148
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
Motor Voltage and Current
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷無しの回路シミュレーション
Motor Voltage and Current
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
C2
1nFIC = 0
D3D4001
D2
D1N4148
D6
D4001
D1
D1N4148
0RV1
{vr1}
RV2
{500k-vr1}
D4
D4001
D7
D4001
V30Vdc
0
R3
30k
C3470u
Q2QBC547
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
0
V
0
0
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1D5
D4001
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
Q1Q2SC1061
R4
10k
V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
Rectified dc voltage with ripple
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
Rectified dc voltage with ripple
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
C2
1nFIC = 0
D3D4001
D2
D1N4148
D6
D4001
D1
D1N4148
0RV1
{vr1}
RV2
{500k-vr1}
D4
D4001
D7
D4001
V30Vdc
0
R3
30k
C3470u
Q2QBC547
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
0
V
0
0
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1D5
D4001
C1
0.97nFIC = 0
R2
5k
Q1Q2SC1061
R4
10k
V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
PARAMETERS:vr1 = 250K
R1
10k
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
IC 555 Output Pulse Voltage
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
IC 555 Output Pulse Voltage
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
D7
D4001
Q1Q2SC1061
PARAMETERS:vr1 = 250K
0
0
D3D4001
D5
D4001 C3470u
RV1
{vr1}
0
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1
D4
D4001
Q2QBC547
C2
1nFIC = 0
V-
R3
30k
V+
R1
10k
0
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
RV2
{500k-vr1}
R2
5k
C1
0.97nFIC = 0
D1
D1N4148
D2
D1N4148
0
R4
10k
V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
V30Vdc
D6
D4001U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
Transistor Q2: VCE
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
Transistor Q2: VCE
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
RV2
{500k-vr1}
R1
10k
D4
D4001
C3470u
D2
D1N4148
Q2QBC547
0
D6
D4001
D7
D4001
PARAMETERS:vr1 = 250K
0
0 V-
R2
5k
V+
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1
V30Vdc
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
Q1Q2SC1061
D5
D4001
C2
1nFIC = 0
C1
0.97nFIC = 0
D3D4001
0
R4
10k
D1
D1N4148
V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
RV1
{vr1}
R3
30k
0
Transistor Q1: VCE, IC
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
Transistor Q1: VCE, IC
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
U1
555B1
234
567
8
GND
TRIGGEROUTPUTRESET
CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE
VCC
RV2
{500k-vr1}
R1
10k
D4
D4001
C3470u
D2
D1N4148
Q2QBC547
0
D6
D4001
D7
D4001
PARAMETERS:vr1 = 250K
0
0
V-
R2
5k
V+
+-
U3
12VDCMOTORLOAD = 0.615
0
1
V30Vdc
OUT
GND
IN
U2
uPC7812A
Q1Q2SC1061
D5
D4001
C2
1nFIC = 0
C1
0.97nFIC = 0
D3D4001
0
R4
10k
D1
D1N4148
V1
FREQ = 50VAMPL = 19.2VVOFF = 0
RV1
{vr1}
R3
30k
0
Motor Voltage and Current
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.
負荷有りの回路シミュレーション
Motor Voltage and Current
3.2 DC モーター制御回路のシミュレーション
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質疑応答
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Bee Technologies Group
【本社】株式会社ビー・テクノロジー東京都港区芝大門二丁目 2番 7号設立日 :2002年 9月 10 日資本金 :5,530 万円【子会社】Bee Technologies Corporation ( アメリカ )Siam Bee Technologies Co.,Ltd. ( タイランド )