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一、双脉冲仿真电路
二、分布式参数提取
三、lib文件设置
声明部分
子电路定义
修改lib文件 一、双脉冲仿真电路 这里我用LTspice搭建仿真电路#xff0c;电路参数和设置如上图。想用plecs做也可以#xff0c;不过plecs一般是用作系统级的仿真#xff0c;器件模型…目录
一、双脉冲仿真电路
二、分布式参数提取
三、lib文件设置
声明部分
子电路定义
修改lib文件 一、双脉冲仿真电路 这里我用LTspice搭建仿真电路电路参数和设置如上图。想用plecs做也可以不过plecs一般是用作系统级的仿真器件模型通常为热模型我就没把它用在这里。
二、分布式参数提取
分布式参数提取用Q3D通过设置不同的source和sink提取模块在不同频率下的Lg、Ld、Ls1开尔文源Ls2主回路源具体的提取方法B站上有视频。
提取后记录参数使用DC状态下的电感和电阻。
三、lib文件设置
在用自己的模块做双脉冲仿真时由于栅漏和栅源本身是受控状态它们之间的电路结构在仿真模型中不能简单的加一个Cgd和Cds表示而是需要用函数表示所以做这种双脉冲仿真就只能写一个lib文件后导入。而功率半导体的lib文件一般由TCAD生成如果是做封装的不知道买回来裸片的内部结构这种情况下要么找厂商要要么就找个lib文件自己改。 国内各个半导体厂商中ROHM的lib文件最清晰所以建议使用它家的来改。 以罗姆的C2M0080170P.lib为例
声明部分 ************************************************************************************************************************************************************************************************** * * 888888 888888 888888 .o888888888888o. 8888 88888888888 o888888888888888 88888888888888o 88888888888 88888888888 8888888888o * 88888 88888888 88888 .8888888 8888888. 8888 88888888888 o8888888888888888 888888 8888888o 88888888888 88888888888 88888888888o ..... ******************************************************************************* 这部分主要是以艺术字形式展示了一些图案接着是免责声明强调该模型是按照原样提供的不提供任何形式的保证包括适销性和特定用途适用性的暗示保证等。这是为了明确责任避免使用者因错误使用模型而产生问题时追究供应商责任。随后是关于 Wolfspeed SiC MOSFET C2M0080170P Spice Library 的版本、日期以及修订记录等信息方便使用者了解模型的版本情况和更新历史。 *********************************************************** **** Wolfspeed SiC MOSFET C2M0080170P Spice Library **** Version 1.0 Date: 05-04-2018 *********************************************************** **** Revision record **** Version 1 Initial Release **** *********************************************************** ****Parasitics Included ****Tj Junction Temperature ****Tc Case Temperature ****D Drain ****G Gate ****S1 Kelvin Source ****S2 Power Source ***********************************************************
这部分说明了模型中包含了寄生参数以及对 Tj结温、Tc外壳温度、D漏极、G栅极、S1开尔文源极、S2功率源极等各引脚和相关参数的解释让用户清楚模型中涉及的关键因素以及各端口的含义。
子电路定义
lib原文
.subckt C2M0080170P d g s1 s2 Tj Tc
xgmos d3 d1 g1 s Tj Tc gmos_C2M0080170P RS1 s1 sb 25.332m Ls1 sb s 8.396n R_Ls1 sb s 200
RS2 s2 sa 1.573m Ls2 sa s 3.761n R_Ls2 sa s 1
R_g g1 g2 2 RG g ga 37.89m Lg ga g3 12.422n R_Lg ga g3 0.9
Rd d da 87.42u Ld da d3 4.366n R_Ld da d3 1
G1 d2 d1 Value {V(d1,s)} R_A d2 d1 1E6 vgate_s g3 g2 0 vdrain_s d3 d2 0 Gheat 0 Tj value {abs((V(d,s1)*I(Vdrain_s)))abs((V(g1,g2)*I(Vgate_s)))}
xCGD d2 g1 cgdmos_C2M0080170P CGS g1 s 2246p D1 s d2 bodydiode_C2M0080170P xCDS d2 s cds_C2M0080170P R0 N1 Tj 10.9m R1 N2 N1 34.4m R2 N3 N2 163m R3 Tc N3 158m C0 Tj 0 1.3m C1 N1 0 4.83m C2 N2 0 18.2m C3 N3 0 138m
.ends C2M0080170P
*****************************************
解析
子电路定义 .subckt C2M0080170P d g s1 s2 Tj Tc
定义了一个名为 “C2M0080170P” 的子电路其引脚有 d漏极、g栅极、s1开尔文源极、s2功率源极、Tj结温、Tc外壳温度。这是整个芯片模型的核心框架后续的各种元件连接和行为定义都是围绕这个子电路展开的。
xgmos调用了一个名为 “gmos_C2M0080170P” 的子电路连接在 d3、d1、g1、s 以及 Tj、Tc 之间用于模拟 MOSFET 的主要开关特性其内部包含了复杂的表达式来描述不同条件下的电流、电压等行为关系比如通过一系列的 “e” 元件电压控制电压源定义了不同的电压表达式这些表达式与结温、栅极源极电压等因素相关从而实现对 MOSFET 开启、关断等不同工作状态的精细建模。这一段不建议改 RS1、Ls1、R_Ls1分别是在 s1 和 sb 之间连接的电阻、电感以及在 sb 和 s 之间的电阻用于模拟开尔文源极引线的寄生电阻和电感等特性考虑了实际芯片引线带来的影响。Rs1、Ls1都可以改成自己设计模块的参数 RS2、Ls2、R_Ls2与上面类似是在 s2 和 sa 之间连接的电阻、电感以及在 sa 和 s 之间的电阻模拟功率源极引线的寄生参数。参数修改如上 R_g、RG、Lg、R_Lg分别是在 g1 和 g2 之间连接的电阻、在 g 和 ga 之间连接的电阻、电感以及在 ga 和 g3 之间的电阻用于模拟栅极引的线寄生电阻和电感等对栅极的驱动特性等会产生影响。参数修改如上 Rd、Ld、R_Ld分别是在 d 和 da 之间连接的电阻、在 da 和 d3 之间连接的电感以及电阻用于模拟漏极引线的寄生参数。参数修改如上 G1、R_A、vgate_s、vdrain_sG1 是一个电流源其电流值与 d1 和 s 之间的电压以及漏极电流、栅极电流等有关用于模拟芯片的功率损耗等因素R_A 是一个大电阻用于提供一个直流偏置路径vgate_s 和 vdrain_s 是用于监测或辅助计算的电压源连接在相应的节点之间。这里就不太建议修改了 Gheat是一个电流源其电流值与漏极功率损耗V(d,s1)*I(Vdrain_s)和栅极功率损耗V(g1,g2)*I(Vgate_s)的绝对值之和有关用于模拟芯片的发热情况将功率损耗转换为热相关的信息与后续的热阻抗网络等相互作用来体现芯片的热特性。 xCGD、CGS、D1、xCDSxCGD 调用了 “cgdmos_C2M0080170P” 子电路用于模拟栅极 - 漏极之间的电容特性CGS 是栅极 - 源极之间的电容元件D1 是体二极管用于模拟芯片内部的反并联二极管特性xCDS 调用了 “cds_C2M0080170P” 子电路用于模拟漏极 - 源极之间的电容特性。这里建议只改CGS R0、R1、R2、R3、C0、C1、C2、C3这些电阻和电容元件构成了一个热阻抗网络用于模拟芯片的热特性。其中 R0 - R3 表示不同部分之间的热阻C0 - C3 表示热容通过这些元件之间的连接和参数设置可以模拟芯片在不同工作条件下结温的变化情况反映了芯片的热传导、散热等特性。 下面的子电路定义都可以根据你对芯片物理模型的了解程度来改
lib原文
.subckt gmos_C2M0080170P d3 d1 g1 s Tj Tc e1 NET1 0 Value {12.683u*(V(Tj)**2)-4.6195m*V(Tj)1.50756} R_a NET1 0 1E6
e2 NET2 0 Value {15m*max(v(gk,s),5.5)-80m} R_b NET2 0 1E6 ........ .param p8 0.0011 .param p11 -10 .param p12 25 R100 gk s 1E6 E100 gk s value {limit(V(g1,s),p11,p12)}
******************************** G1 d1 s value { if(V(s,d3)0, 0 , if (V(gk,s)v(NET3) , ......
.ends gmos_C2M0080170P
解析
subckt gmos_C2M0080170P d3 d1 g1 s Tj Tc这是前面调用的用于模拟 MOSFET 开关特性的子电路。内部包含了一系列的 “e” 元件电压控制电压源定义了不同的电压表达式这些表达式与结温、栅极源极电压等因素相关实现了对 MOSFET 在不同工作状态下如开启、关断等电流、电压等特性的精细描述。同时还有 “.param” 定义了一些参数以及 “R100、E100” 等元件用于辅助计算和限制相关的电压、电流等信号保证模型的稳定性和准确性。G1 和 G2 是受控电流源其电流值根据不同的条件如漏源电压、栅源电压与某些阈值的关系等通过复杂的表达式计算得出用于模拟 MOSFET 的导电特性等。不建议改这一部分
lib原文 ****************************************
.subckt cgdmos_C2M0080170P d2 g1 .param k1700p .param k20.4 .param ka420 .param kb0.5 .param kc4.5277 G11 g1 d1 value { k1*( (1(limit(v(d2,g1),0,800))*(1ka*(1TANH(kb*V(d2,g1)-kc))/2))**-k2 )*ddt(v(g1,d2)) } R_CGD d1 d2 1e-4 .ends cgdmos_C2M0080170P
解析
subckt cgdmos_C2M0080170P d2 g1 用于模拟栅极 - 漏极之间的电容特性。通过 “.param” 定义了一些参数如 k1、k2、ka 等然后利用 G11 这个受控电流源根据相应的公式来计算电流该公式考虑了电压变化率ddt(v(g1,d2))以及一些与电压相关的非线性因素从而模拟出电容在不同工作条件下的动态特性R_CGD 是一个很小的电阻用于提供一个直流偏置路径或避免数值计算问题。
下列是根据Crss的测试工况下得到的G11 lib原文 **************************************** .subckt cds_C2M0080170P d2 s .param Cjo 1800p .param Vj 1.6 .param M 0.45
G12 d1 s value { if(V(d2,s)0, (Cjo/(1((limit(ABS(v(d2,s)),0,1000))/Vj))**M)*ddt(abs(v(s,d2))) , 0 ) }
R_CDS d1 d2 1e-4 .ends cds_C2M0080170P
解析
.subckt cds_C2M0080170P d2 s用于模拟漏极 - 源极之间的电容特性。通过定义参数 Cjo、Vj、M 等利用 G12 受控电流源根据公式计算电流该公式考虑了电压的绝对值变化率等因素实现了对电容特性的模拟R_CDS 也是一个用于偏置或数值稳定的小电阻。
下列是根据Coss的测试工况下得到的G12 lib原文 **************************************** .model bodydiode_C2M0080170P d(is30.889n bv2150 EG3.840422 n6.7 rs0.0227 trs1-4.08m trs212.5003u Tnom25 tt7.5n ibv500u Xti10.13 level1)
解析
.model bodydiode_C2M0080170P这是对体二极管的模型定义通过设置各种参数如 is、bv、EG、n、rs 等来描述二极管的正向导通、反向击穿等特性使其能够准确地模拟芯片内部体二极管的行为。
修改lib文件
关于lib文件哪些部分建议修改已经在上面标注好了。随便下载一个ROHM的lib文件都可以同理可得。
需要注意的是模块设计的结构不同时建议下载lib文件的模块类型也不同。比如你自己设计的是kevin封装的对这部分不了解的可以看同系列的其它文章那下载的也要是kevin封装的如果你没有设计这个结构那就下载三引脚的模型。
将修改完的lib文件重命名拖到双脉冲仿真电路所在的文件夹中导入lib文件就可以开始双脉冲仿真啦。
附录
在跟师兄讨论过后发现了几个问题于是重新计算并核对了一些东西在此附上
双脉冲仿真中开通关断的时间是非常重要的参数而不同芯片的开通关断时间主要取决于Ciss、Coss和Crss这几个参数与Qgd、Qgs等有关。然而lib文件中并不包含这一部分有些厂家给的裸片里也没有这部分与封装设计时的Rg也有一定的关系所以推测不好直接给出因此很难在lib文件中调整这一部分的参数。
而Crss和Coss一般在特定工况中测得无法直接应用在lib文件中。因此lib文件表示的只是gd、ds间的导电情况
此外lib文件中体二极管的反向恢复时间tt与参数手册中也不一样lib文件中的tt是25C下的而参数手册中的trr是150C下测得。不过在调整后发现对仿真结果影响不大。 关于结尾的几个问题如果有同学或者前辈们有一些想法/了解欢迎留言或者通过我主页签名加联系方式私信探讨。感谢
