詳細 Nch IGBT[Detail Nch IGBT]¶
Location :
Switch/Detail Nch IGBT
外形¶
説明¶
Detail Nch IGBTは損失解析においてスイッチング損失を解析するために使用する素子です。
Detail Nch IGBTはNch型のIGBTスイッチ素子です。
Detail Nch IGBT,Detail Pch IGBTは共通で下記の構成・特性・パラメータを持つ素子となります。
内部ブロックは以下のように構成されます。
なお、DidealはVonとRonがともに0である理想ダイオードです。
Didealにより、スイッチがオンしていても逆向きに電流が流れないというIGBTの振る舞いを実現しています。
(逆バイアスされた場合にはボディダイオードDbを通ります。)
- Sw：内部理想スイッチ
- Cies：入力容量
- Coes：出力容量
- Cres：帰還容量
- Rcce:出力容量の等価抵抗
- Rg：ゲート抵抗
- Dideal：理想ダイオード
- Db：ボディダイオード
- Sw.Jce.Ic：コレクタ電流プローブ
- Vge：内部ゲート・エミッタ間電圧プローブ
- VgeOut：ゲート・エミッタ間電圧プローブ
- Vce：内部コレクタ・エミッタ間電圧プローブ
- VceOut：コレクタ・エミッタ間電圧プローブ
- Lg：ゲートインダクタ
- Rlg:ゲートインダクタ並列抵抗
- Lc：コレクタインダクタ
- Rlc:コレクタインダクタ並列抵抗
- Le：エミッタインダクタ
- Rle:エミッタインダクタ並列抵抗
Note
Scideamの詳細IGBTモデルでは通常、内部回路に帰還容量Cresを含んだモデルで解析を行っております。
内部構造にCresが含まれない詳細IGBTモデルを使用したい場合にはDetail Switch Settingにてモデルの切り替えを行うことができます。
スペック¶
Detail Nch(Pch) IGBTではすべての解析で参照される理想スイッチパラメータと、
スイッチング損失用の詳細スイッチパラメータがあります。
詳細スイッチパラメータは 詳細損失解析 や、詳細波形解析 のときのみ解析に使用されます。
各パラメータがどちらに該当するかは表に記載しています。
オン/オフ特性¶
オン/オフ特性パラメータは通常のスイッチと同様のパラメータです。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| ON Resistance | オン抵抗 | オン領域におけるコレクタ・エミッタ抵抗 | Ron | 理想 |
| OFF Resistance | オフ抵抗 | オフ領域におけるコレクタ・エミッタ抵抗 | Roff | 理想 |
| Collector-Emitter Voltage | オン電圧 | オン領域のコレクタ・エミッタ電圧 | Von | 理想 |
| Threshold Voltage | ゲートしきい値電圧 | オフ領域とオフ領域（詳細スイッチモードではアクティブ領域）のゲート電圧境界値 | Vth | 理想 |
Note
ピンチオフ電圧が存在するため以下の条件を満たすように値を設定してください。
On Resistance * Collector Current at Rise/Fall Time < Saturation Gate Voltage - Threshold Voltage
ボディダイオード¶
ボディダイオードパラメータは通常のダイオードと同様のパラメータです。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| ON Resistance(Body Diode) | ボディダイオードオン抵抗 | ボディダイオードの導通抵抗 | Ronb | 理想 |
| OFF Resistance(Body Diode) | ボディダイオードオフ抵抗 | ボディダイオードの遮断抵抗 | Roffb | 理想 |
| ON Voltage(Body Diode) | ボディダイオードオン電圧 | ボディダイオードの順方向電圧 | Vonb | 理想 |
| Maximum Charge(Body Diode) | ボディダイオード最大蓄積電荷 | ボディダイオードの逆方向回復特性に関係する蓄積電荷の最大値 | Qmaxb | 理想 |
寄生容量特性¶
寄生容量に関するパラメータはスイッチ周辺の容量についてのパラメータです。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| Input Capacitance(Cies) | 入力容量 | スイッチ素子の入力容量。一般にゲート・エミッタ容量とゲート・コレクタ容量の和 | Cies | 理想 |
| ESR of Collector-Emitter Capacitor | 出力容量ESR | コレクタ・エミッタ容量の等価抵抗 | Rcce | 理想 |
| Output Capacitance(Coes) at 20[V] | 20V時の出力容量 | コレクタ・エミッタ電圧が20Vのときの出力容量 詳細解析ではこのパラメータを基準としてCoesはコレクタ・エミッタ電圧により動的に変化します 理想解析では設定したパラメータがそのまま使用されます。 |
Coes | 理想 |
| Reverse Transfer Capacitance(Cres) at 20[V] | 20Vの帰還容量 | コレクタ・エミッタ電圧が20Vのときの帰還容量 このパラメータを基準としてCresはコレクタ・エミッタ電圧により動的に変化します |
Cres | 詳細 |
出力容量ESR
出力容量ESRは、トポロジーエラーを避けるために挿入されており、通常、デフォルト値（10mΩ）の値を設定することを推奨しております。エラーが生じなければ0に設定可能です。
Cresについて
Reverse Transfer Capacitance(Cres) at 20[V]はDetail Switch SettingにてCresが有効化されているときのみ適用されるパラメータです。
ゲート抵抗特性¶
ゲート抵抗に関するパラメータはスイッチ周辺の抵抗についてのパラメータです。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| Gate Resistance | 内部ゲート抵抗 | 素子内部のゲート抵抗。 | Rgin | 理想 |
| Gate Resistance at ON State | 測定時ゲートオン抵抗 | ゲート端子に接続されるドライブ抵抗（ターンオン時のゲート抵抗値）。 | Rgon | 詳細 |
| Gate Resistance at OFF State | 測定時ゲートオフ抵抗 | ゲート端子に接続されるドライブ抵抗（ターンオフ時のゲート抵抗値）。 | Rgoff | 詳細 |
ゲート抵抗に関するパラメータの区別
Gate ResistanceにはFET内部のゲート抵抗値を設定します。
Gate Resistance at ON StateとGate Resistance at OFF Stateはデータシートの Tr,Tfの測定条件に記載されているゲート抵抗値 を設定します。
データシートによっては、Tr,Tf測定条件に下図の様なターンオン時とターンオフ時のゲート抵抗値が異なる回路が記載されている場合や、RG(on)、RG(off)のように分けて記載されている場合があります。
その場合は、Gate Resistance at ON StateとGate Resistance at OFF Stateにそれぞれの値を設定します。
Tr,Tf測定条件のゲート抵抗値が特に区別されていない場合はGate Resistance at ON StateとGate Resistance at OFF Stateは双方に同じ値を設定してください。
Example
-
Tr,Tf測定条件のゲート抵抗値が特に区別されておらず、
RG=10Ωの場合
Gate Resistance at ON Stateは10Ωに設定します。Gate Resistance at OFF Stateも10Ωに設定します。 -
Tr,Tf測定条件にターンオン時とターンオフ時のゲート抵抗が並列に分岐した回路が記載されており、
RG(on)=10Ω、RG(off)=10Ωの場合
Gate Resistance at ON Stateは10Ωに設定します。Gate Resistance at OFF Stateも5Ωに設定します。
v2.8のゲート抵抗パラメータの定義の変更について
v2.7以前はゲート抵抗値（Gate Resistance）は Tr,Tf測定時のゲート端子に接続されるドライブ抵抗値と素子内部のゲート抵抗値を合わせたものを設定する必要があり、シミュレーション回路上にゲート抵抗を含めることができません（あるいは、ゲート抵抗と同値の負の抵抗を追加するなどの対処が必要）でした。
v2.8以降は内部ゲート抵抗と外部ゲート抵抗のパラメータ値は分けて設定し、外部のゲート抵抗値は Tr,Tf測定時の外部ゲート抵抗値を設定する仕様に変更されました。この変更により、シミュレーション回路上のゲート端子に接続されるドライブ抵抗については任意で、実機に合わせたゲート駆動回路を自由に作成することができるようになりました。
スイッチング特性¶
スイッチング特性パラメータはスイッチング特性に関するパラメータです。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| Rise Time | ターンオン時間 | スイッチのターンオン時間 | Tr | 詳細 |
| Fall Time | ターンオフ時間 | スイッチのターンオフ時間 | Tf | 詳細 |
| Collector-Emitter Voltage at Rise/Fall Time | Tr,Tf測定時コレクタ・エミッタ電圧 | ターンオン時間、ターンオフ時間の測定時におけるコレクタ・エミッタ電圧。オフ領域における値を設定してください | Vt | 詳細 |
| Collector Current at Rise/Fall Time | Tr,Tf測定時コレクタ電流 | ターンオン時間、ターンオフ時間の測定時におけるコレクタ電流。オン領域における値を設定してください | It | 詳細 |
| Saturation Gate Voltage | ゲート飽和電圧 | スイッチがオン領域になるときのゲートエミッタ電圧。駆動パルスの振幅を設定してください | Vgsat | 詳細 |
Note
ピンチオフ電圧が存在するため以下の条件を満たすように値を設定してください。
On Resistance * Collector Current at Rise/Fall Time < Saturation Gate Voltage - Threshold Voltage
スイッチング特性パラメータについて
スイッチング特性パラメータのRise Time,Fall Time,Collector Current at Rise/Fall Time,Collector-Emitter Voltage at Rise/Fall Timeについては
正確な解析を行うため、実測値を設定することを推奨しております。
実測値の利用が難しい場合にはデータシートからパラメータを設定してください。
テール電流特性¶
テール電流特性はテール電流に関するパラメータです。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| Tail Current Factor | テール電流開始比率 | Tf測定時におけるターンオフ時のテール電流開始比率。 テール電流を生じさせる場合には0.1以上を設定してください。 0を設定するとテール電流が生じなくなります。 |
Ktail | 詳細 |
Ic:コレクタ電流
It:Tf測定時のコレクタ電流
Tail Current:テール電流
Tail Current Start Point:テール電流開始点
Example
It = 10A、Ktail = 0.12 のときターンオフ時のコレクタ電流が1.2Aになった時テール電流が流れ始めます。
Note
テール電流についてはIGBTの解析モデル設定によって詳細波形解析、損失解析時の取り扱いが変化します。
設定や説明につきましてはDetail Switch Settingを参照してください。
拡張パラメータ¶
拡張パラメータは、より詳しい解析を行いたい場合に設定します。
Gate Inductance、Collector Inductance、Emitter InductanceはIGBTパッケージ内部配線による寄生インダクタンスを設定します。通常、データシートには記載されておらず上級者向けのパラメータとなります。
Gate Voltage at ON State、Gate Voltage at OFF StateはTr,Tf測定時駆動電圧と実際のシミュレーション回路上のゲート飽和電圧電圧(Saturation Gate Voltage)に乖離がある場合や、駆動オフ電圧が負の場合に設定します。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 | 理想・詳細パラメータ |
|---|---|---|---|---|
| Gate Inductance | ゲートインダクタンス | IGBTパッケージ内部のゲート端子配線による寄生インダクタンス。 | Lg | 詳細 |
| Gate Inductance Resistance(Parallel) | ゲートインダクタンス並列抵抗 | ゲートインダクタンスの並列抵抗 | Rlg | 詳細 |
| Gate Inductance Active | ゲートインダクタンス有効化 | ゲートインダクタンス値の有効無効の切り替え。 | - | 詳細 |
| Collector Inductance | コレクタインダクタンス | IGBTパッケージ内部のコレクタ端子配線による寄生インダクタンス。 | Lc | 詳細 |
| Collector Inductance Resistance(Parallel) | コレクタインダクタンス並列抵抗 | コレクタインダクタンスの並列抵抗 | Rlc | 詳細 |
| Collector Inductance Active | コレクタインダクタンス有効化 | ドレインインダクタンス値の有効無効の切り替え。 | - | 詳細 |
| Emitter Inductance | エミッタインダクタンス | IGBTパッケージ内部のソース端子配線による寄生インダクタンス。 | Le | 詳細 |
| Emitter Inductance Resistance(Parallel) | エミッタインダクタンス並列抵抗 | エミッタインダクタンスの並列抵抗 | Rle | 詳細 |
| Emitter Inductance Active | エミッタインダクタンス有効化 | ドレインインダクタンス値の有効無効の切り替え。 | - | 詳細 |
| Gate Voltage at ON State | Tr,Tf測定時駆動オン電圧。 | Tr,Tf測定時の駆動オン電圧。Tr,Tf測定時の駆動オン電圧とゲート飽和電圧に差がある場合に設定します。 | Vgon | 詳細 |
| Gate Voltage at OFF State | Tr,Tf測定時駆動オフ電圧。 | Tr,Tf測定時の駆動オフ電圧。0以外の値の場合に設定します。 | Vgoff | 詳細 |
その他のパラメータ¶
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 |
|---|---|---|---|
| Name | 名称 | 品番など、任意の識別名称を設定することができます。 | - |
インポート・エクスポート¶
スペックに入力したパラメータはデータファイル（.json）としてエクスポートすることができます。
エクスポートしたファイルは、別のDetail Nch(Pch) IGBT素子にインポートすることができます。
エクスポートは、Detail Nch(Pch) IGBT素子の上で右クリックし、メニューから Export parameter… を選択します。
インポートも同様に、メニューからImport parameter… を選択します。
出力変数¶
| パラメーター | 内容 | Output引数 |
|---|---|---|
| Cies Voltage | 入力容量電圧 | シンボル名.Cies |
| Collector-Emitter Voltage | コレクタ・エミッタ電圧 | シンボル名.VceOut |
| Collector-Emitter Voltage(Internal) | 内部コレクタ・エミッタ電圧 | シンボル名.Vce |
| Gate Resistor Voltage | ゲート抵抗電圧 | シンボル名.Rg |
| Gate-Emitter Voltage | ゲート・エミッタ電圧 | シンボル名.VgeOut |
| Gate-Emitter Voltage(Internal) | 内部ゲート・エミッタ電圧 | シンボル名.Vge |
| Body Diode Current | ボディダイオード電流 | シンボル名.Db.I |
| Cies Current | 入力容量電流 | シンボル名.Cies |
| Coes Current | 出力容量電流 | シンボル名.Coes.I |
| Collector Current | 内部スイッチのコレクタ電流 | シンボル名.Sw.Jce.Ic |
| Gate Resistor Current | ゲート抵抗電流 | シンボル名.Rg |