IGBT専用素子[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FETスイッチ素子で、
内部はスイッチ部のほか、入力容量、出力容量、ゲート抵抗、ボディダイオードで構成されております。
内部回路は以下の構成です。
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。)
Detail Nch IGBTは基本時には Detail Nch FET と同じ機能を持ちますが、
異なる機能として以下2点があります。
-
Detail Nch IGBTには Detail Nch FET のパラメータに加え、オン領域のコレクタ・エミッタ電圧(Vo)を持ちます。
このパラメータは理想スイッチモード、詳細スイッチモードのどちらでも有効です。 -
Detail Nch IGBTでは、オン領域のコレクタ電流はコレクタからエミッタへの一方向にしか流れません。
オン時にコレクタ・エミッタが逆バイアスされた場合、逆電流はスイッチ部のコレクタ電流としては流れず、並列に存在するボディダイオードに流れます。
なお、Detail Nch FET ではオン領域のコレクタ電流は双方向に流れます。
損失解析用の素子について
スイッチング損失解析用の素子は理想スイッチモードと詳細スイッチモードの２つの動作モードがあります。
2つの動作モードでは、適用されるスイッチ素子の動作領域が異なります。
動作領域について
スイッチ素子は基本特性として次の3種類の動作領域を持っています。
- オン領域（線形領域）
- オフ領域（遮断領域）
- アクティブ領域（飽和領域)
各領域についての説明は スイッチング特性 を参照してください。
理想スイッチモード
理想スイッチモードは 理想損失解析 や、過渡応答解析 、波形解析 等の解析を行った場合の動作モードです。
理想スイッチモードではオン領域(線形領域)とオフ領域(遮断領域)を動作領域としております。
アクティブ領域(飽和領域)については計算されず無視されます。
詳細スイッチモード
詳細スイッチモードは 詳細損失解析 や、詳細波形解析 の解析を行った場合の動作モードです。
詳細スイッチモードではオン領域(線形領域)とオフ領域(遮断領域)に加えて、
アクティブ領域(飽和領域)を含む、すべての領域を動作領域としております。
スペック
Detail Nch 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。
理想スイッチ
理想スイッチパラメータは、通常のスイッチと同様のパラメータです。
このパラメータは理想スイッチモード、詳細スイッチモードで有効です。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 |
|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| Collector-Emitter Voltage | オン電圧 | オン領域のコレクタ・エミッタ電圧 | Von |
| 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 |
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。
このパラメータは理想スイッチモード、詳細スイッチモードで有効です。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 |
|---|---|---|---|
| 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 |
| 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 |
| 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 |
| 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 |
ゲート抵抗および寄生容量
ゲート抵抗および寄生容量に関するパラメータはスイッチ周辺の抵抗および容量についてのパラメータです。
このパラメータは理想スイッチモード、詳細スイッチモードで有効です。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 |
|---|---|---|---|
| Gate Resistance | ゲート抵抗 | ゲート端子に接続されるドライブ抵抗(素子内部のゲート抵抗含む) | Rg |
| 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 |
| Output Capacitance(Coes) | 出力容量 | スイッチ素子の出力容量。一般にコレクタ・エミッタ容量とゲート・コレクタ容量の和 | Coes |
| 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 | RCds |
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に設定可能できます。
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。
このパラメータは 詳細スイッチモードのみで有効なパラメータとなります。
| パラメーター | 内容 | 説明 | パラメータ名 |
|---|---|---|---|
| Rise Time | ターンオン時間 | スイッチのターンオン時間 | Tr |
| Fall Time | ターンオフ時間 | スイッチのターンオフ時間 | Tf |
| 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 |
| 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 |
| 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 |
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。
Vds-Coss特性
Vds-Coss特性はOutput Capacitanceの … ボタンをクリックして設定画面を開きます。
特性テーブルエディタ
特性テーブルエディタはVds-Coss特性を記載するテーブルです。
Vds-Coss特性はアクティブ領域における出力容量Cossのドレイン・ソース電圧Vdsに対しての依存性を表す特性です。
Vds-Coss特性は通常データシートに記載されています。
＋ ボタンで行を追加して、Drain-Source Voltage(Vds)とOutput Capacitance(Coss)を入力します。
各行のVdsは小さい順に並べてください。
テーブルに記述されていない部分の特性は線形補完され範囲外の特性は両端値でクリップされます。
機能一覧
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特性テーブルデータ行を追加・削除します。
-
特性テーブルデータ行を上下に移動します。
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ActiveVds-Coss特性が設定されており、且つ
Activeにチェックが入っている場合には特性パラメータのOutput Capacitance(Coss)の値に関わらず、テーブルで設定した特性に従ったCossの値が使用されます。なお、この設定は
詳細スイッチモードのみ有効です。 -
Average Coss特性テーブルに記載されたvds-Coss特性から平均値を算出して表示します。
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Logarithmic AxisチェックのON/OFFでチャートのメモリを対数/線形表示に切り替えます。
-
After the edit is comitted, the average value in the table for the current edit is set as the Coss.チェックを入れて
OKボタンをクリックすると、Average Cossに表示されている平均値がOutput Capacitance(Coss)に設定されます。
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 IGBT（またはDetail Nch FET）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 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 |
| 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 |
| Body Diode Current | ボディダイオード電流 | シンボル名.Db.I |
| Gate Resistor Voltage | ゲート抵抗電圧 | シンボル名.Rg |
| Gate Resistor Current | ゲート抵抗電流 | シンボル名.Rg |
| Collector Current | 内部スイッチのコレクタ電流 | シンボル名.Sw.Jce.Ic |
| Collector-Emitter Voltage | コレクタ・エミッタ電圧 | シンボル名.Vce |
| Gate-Emitter Voltage | ゲート・エミッタ電圧 | シンボル名.Vge |