前言

在SiC（碳化硅）等功率半導(dǎo)體的電氣仿真中，以往的行為模型存在收斂性差、仿真速度慢的問題。但是，這次開發(fā)并發(fā)布了提高仿真速度的新模型。

功率半導(dǎo)體在功率轉(zhuǎn)換和控制中起著重要的作用，其性能和可靠性的驗(yàn)證至關(guān)重要。特別是，通過仿真的驗(yàn)證，與實(shí)際的試制和實(shí)驗(yàn)相比，能夠大幅削減成本和時(shí)間，因此成為開發(fā)過程中不可缺少的方法。

以往的行為模型能夠詳細(xì)地再現(xiàn)復(fù)雜的動作，但存在收斂性差，仿真速度慢的問題。

與此相對，新開發(fā)的模型克服了這些問題，實(shí)現(xiàn)了更快且有效的仿真。新模型的發(fā)布使得開發(fā)者能夠更快地評估和優(yōu)化功率半導(dǎo)體的性能。由此，如圖1所示，從電路設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的市場投入的時(shí)間縮短，以期待競爭力的提高。

圖1. 通過活用新模型可以縮短開發(fā)時(shí)間

什么是行為模型

行為模型是用任意函數(shù)定義器件特性，在電路仿真中用于仿真器件的行為。為了詳細(xì)再現(xiàn)Compact模型（也稱為Device模型）無法表現(xiàn)的特性，傾向于成為復(fù)雜的算法（計(jì)算公式）。另一方面，行為模型存在以下問題。

以往的行為模型的問題

以往的行為模型具有以下問題。

- 收斂性：為了詳細(xì)再現(xiàn)復(fù)雜的動作，仿真的收斂經(jīng)常惡化。

- 仿真速度：為了進(jìn)行高精度的仿真需要大量的計(jì)算資源，結(jié)果仿真時(shí)間變長。

新仿真模型的特點(diǎn)

新開發(fā)的仿真模型具有以下特點(diǎn)。

- 快速收斂算法：改善收斂性，縮短仿真時(shí)間。

- 有效的計(jì)算方法：優(yōu)化算法以提高動態(tài)瞬態(tài)分析中的仿真速度。

- 高精度結(jié)果：動態(tài)特性精度保持與傳統(tǒng)行為模型相同，同時(shí)提高了仿真速度。

模型的評價(jià)

新的仿真模型通過以下方法進(jìn)行了評價(jià)。

- 基準(zhǔn)測試：與傳統(tǒng)模型相比，評估仿真速度和收斂性。

- 仿真：在SiC MOSFET模型中，確認(rèn)了動態(tài)特性的精度。

LTspice圖2示出了AC-DC Boost PFC電路中SiC MOSFET模型的基準(zhǔn)測試。將結(jié)果匯總到表1中，仿真時(shí)間從179秒縮短到79秒，能夠以以往的44%的時(shí)間得到結(jié)果。另外，在雙脈沖試驗(yàn)中進(jìn)行仿真時(shí)，確認(rèn)了新模型得到了與以往模型相同的輸出波形（Turn-Of），高速化和精度維持并存。

圖2. SiC MOSFET模型的評估電路

LTspiceVersion (x64): 24.1.3

表1. SiC MOSFET模型的評估結(jié)果

定義新的建模級別

羅姆此前也提供了SPICE模型，但為了防止由于模型類別的增加而引起的復(fù)雜化，決定定義新的建模水平。表2是匯總了模型類型和新的建模水平的定義的表。以往存在對于不同模型類型具有相同后綴的模型文件和對于相同模型類型具有不同后綴的模型文件。這樣一來就無法一眼判斷是哪種模型類型，所以導(dǎo)入了“ROHM級別”這一新的模型級別。

前面介紹的新模型是ROHM級別L3。另外，ROHM等級與SPICE version2G.6MOSFET Model中定義的“LEVEL”、其他模型供應(yīng)商定義的“等級”、“級別”和“版本”不同，請注意。

在提供新模型L3之后，也并行提供以往模型L1。希望在詳細(xì)評價(jià)靜態(tài)特性時(shí)分開使用靜態(tài)特性精度優(yōu)良的L1模型，在評價(jià)動態(tài)特性時(shí)分開使用收斂性和速度優(yōu)良的L3模型。

表2. 模型類別和新建模級別的定義

SPICE模型的安裝

LTspice中SPICE的按照順序概要如圖3所示。詳細(xì)的方法請參照應(yīng)用筆記[LTspice用的電路模型]。選擇所需的仿真電路模型可以用于驗(yàn)證。

1. 將模型文件存儲在與電路圖相同的文件夾中。

2. 將添加到電路圖中的組件放置并執(zhí)行仿真。

圖3. 在LTspice中安裝SPICE模型

今后的發(fā)展

此次開發(fā)的新模型用于第4代SiC MOSFET，是提高了收斂性和仿真速度的ROHM等級3（L3），將于2025年4月開始在網(wǎng)站上公開。今后計(jì)劃開發(fā)自發(fā)熱模型ROHM等級4（L4）。

新的模型水平的轉(zhuǎn)移，首先第4代SiC MOSFET模型將從2025年4月開始，其他的產(chǎn)品群也依次展開，不過，轉(zhuǎn)移期間新舊模型文件并存。