GaN HEMT的SPICE模型使用指南及示例總結

本文檔基于GaN HEMT的實測特性描述了當前版本的模型。該模型專為與PSpice和LTspice配合使用而開發。本文檔首先介紹該模型，然后提供將模型導入PSpice和LTspice的說明，最后比較一些測試和仿真結果。按照以下說明正確加載模型后，晶體管符號將如圖1所示出現。

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*附件：GaN HEMT的SPICE模型使用指南及示例.pdf

一、模型概述

• ?目的?：作為開發輔助工具，確保首次設計成功，GaN Systems?提供了PSpice和LTspice的仿真模型。
• ?特點?：由于GaN Systems晶體管的典型開關頻率與熱現象相關的響應時間相當，因此開發了完整的電熱模型。該模型基于GaN HEMTs的實測特性。

二、模型組成

• ?電熱模型?：通過單獨的熱網絡實現，允許進行自熱模擬。提供封裝級模型，并包括封裝熱阻抗。
• ?T1端子?：用于監測溫度變化，不應與基板連接混淆。可接地以禁用自熱功能。
• ?溫度依賴性?：模型已校準，包括飽和電流和漏源電阻的溫度依賴性。

三、模型文件與導入

• ?文件類型?：模型包含.lib（模型庫）和.olb（部件符號）兩個文件。
• ?導入步驟?（以PSpice為例）：
  1. 將.lib和.olb文件保存到Cadence工具的指定目錄。
  2. 在原理圖中打開“Place -> Part”，添加庫，選擇并放置GaN HEMT部件。
  3. 在仿真配置文件中添加模型庫。

四、仿真參數調整

• ?收斂性?：為改善模型收斂性，建議調整PSpice參數VNTOL為10uV，ABSTOL為1.0nA。
• ?其他參數?：根據具體應用，可能需要調整其他參數。啟用“Auto Converge”并修改最大時間步長（如需）。

五、模型應用與示例

• ?IV特性?：提供了測量和模擬的IV輸出特性比較，使用50μs脈沖寬度限制自熱。
• ?電容特性?：使用電容計和Agilent B1505A曲線示波器表征了不同端子間的非線性電壓依賴電容。
• ?半橋實現?：展示了典型半橋實現，其中高側器件的自熱電路已禁用，低側器件的T1端子用于監測溫度變化。
• ?雙脈沖測試?：提供了雙脈沖測試切換電路示例和模擬波形，包括寄生電感引起的電壓過沖和振蕩。

六、LTspice使用說明

• ?文件導入?：下載.lib和.asy文件，解壓縮到工作目錄，然后在LTspice中添加組件。
• ?收斂性設置?：提供了用于實現半橋功率開關電路一致收斂的選項設置。

七、注意事項

• ?熱節點使用?：熱網絡應與電氣網絡分開處理。T1節點可用于禁用自熱功能或監測結溫變化。
• ?禁用與監測?：展示了如何連接T1節點以禁用自熱功能或監測溫度變化。
• ?避免的連接?：指出了不應使用的連接，以避免影響模型性能。

八、總結

• GaN HEMT模型已在PSpice和LTspice中實現，顯示出良好的收斂性，適用于模擬開關電路。該模型將隨著更多表征數據的收集而持續改進。