詳細 Nch Si/SiC-FET ケルビン端子付き[Detail Nch Si/SiC-FET with Kelvin]

Location : Switching Device/Detail Nch Si/SiC-FET with Kelvin

外形

FETModel

説明

Detail Nch Si/SiC-FETは詳細解析においてスイッチング特性を解析するための素子です。

Detail Nch Si/SiC-FETはNch型のSi-MOSFETまたは、SiC-MOSFET専用の素子です。

内部回路は以下の要素で構成されています。

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  • Sw：内部理想スイッチ
  • Ciss：入力容量
  • Coss：出力容量
  • Rg：ゲート抵抗
  • Db：ボディダイオード
  • Sw.Id：ドレイン・ソース間電流プローブ
  • Vgs：内部ゲート・ソース間電圧プローブ
  • VgkOut：ゲート・ケルビンソース間電圧プローブ
  • Vds：内部ドレイン・ソース間電圧プローブ
  • VdsOut：ドレイン・ソース間電圧プローブ
  • Lg：ゲートインダクタ
  • Ld：ドレインインダクタ
  • Ls：ソースインダクタ

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)を動作領域としています。
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います。

スペック

Detail Nch GaN-FET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 オン領域におけるドレイン・ソース抵抗 Ron 理想
OFF Resistance オフ抵抗 オフ領域におけるドレイン・ソース抵抗 Roff 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

ボディダイオード特性

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 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 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 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 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

Tips

Maximum Chargeにデータシートの値を設定する場合はQrrの半分の値を設定します。

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(Ciss) 入力容量 スイッチ素子の入力容量。
一般にゲート・ソース容量とゲート・ドレイン容量の和		 Ciss 理想
Output Capacitance(Coss) 出力容量 スイッチ素子の出力容量。
一般にドレイン・ソース容量とゲート・ドレイン容量の和		 Coss 理想
ESR of Drain-Source Capacitor 出力容量ESR ドレインソース容量の等価抵抗 RCds 理想

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。

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。
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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、実機に合わせて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
Drain-Source Voltage at Rise/Fall Time Tr,Tf測定時ドレイン・ソース電圧 ターンオン時間、ターンオフ時間の測定時におけるドレイン・ソース電圧。オフ領域における値を設定してください Vt 詳細
Drain Current at Rise/Fall Time Tr,Tf測定時ドレイン電流 ターンオン時間、ターンオフ時間の測定時におけるドレイン電流。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ソース電圧。シミュレーション回路上の駆動パルスの振幅を設定してください Vgsat 詳細

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。

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特性テーブルエディタ

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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

  • fig fig

    特性テーブルデータ行を追加・削除します。

  • fig fig

    特性テーブルデータ行を上下に移動します。

  • Active

    Vds-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。

  • 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。

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、Drain Inductance、Source InductanceはFET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 FET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 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
Drain Inductance ドレインインダクタンス FETパッケージ内部のドレイン端子配線による寄生インダクタンス。 Ld 詳細
Drain Inductance Active ドレイン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
Source Inductance ソースインダクタンス FET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。 Ls 詳細
Source Inductance Active ソース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。Tr,Tf測定時の駆動オフ電圧とゲート飽和電圧に差がある場合に設定します。 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 Si/SiC-FET with Kelvin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 Si/SiC-FET with Kelvin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。

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出力変数

パラメーター 内容 Output引数
Ciss Voltage 入力容量電圧 シンボル名.Ciss
Drain-Source Voltage ドレイン・ソース電圧 シンボル名.VdsOut
Drain-Source Voltage(Internal) 内部ドレイン・ソース電圧 シンボル名.Vds
Gate Resistor Voltage ゲート抵抗電圧 シンボル名.Rg
Gate-Kelvin Voltage ゲート・ソース電圧 シンボル名.VgkOut
Gate-Source Voltage(Internal) 内部ゲート・ソース電圧 シンボル名.Vgs
Body Diode Current ボディダイオード電流 シンボル名.Db.I
Ciss Current 入力容量電流 シンボル名.Ciss
Coss Current 出力容量電流 シンボル名.Coss.I
Drain Current 内部スイッチのドレイン電流 シンボル名.Sw.Id
Gate Resistor Current ゲート抵抗電流 シンボル名.Rg