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(wèn)題。但是，這次開(kāi)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(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)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(dòng)作，但存在收斂性差，仿真速度慢的問(wèn)題。

與此相對(duì)，新開(kāi)發(fā)的模型克服了這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了更快且有效的仿真。新模型的發(fā)布使得開(kāi)發(fā)者能夠更快地評(píng)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(chǎng)投入的時(shí)間縮短，以期待競(jìng)爭(zhēng)力的提高。

圖1. 通過(guò)活用新模型可以縮短開(kāi)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(wú)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(wèn)題。

以往的行為模型的問(wèn)題

以往的行為模型具有以下問(wèn)題。

- 收斂性：為了詳細(xì)再現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)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(zhǎng)。

新仿真模型的特點(diǎn)

新開(kāi)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(dòng)態(tài)瞬態(tài)分析中的仿真速度。

- 高精度結(jié)果：動(dòng)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(píng)價(jià)

新的仿真模型通過(guò)以下方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

- 基準(zhǔn)測(cè)試：與傳統(tǒng)模型相比，評(píng)估仿真速度和收斂性。

- 仿真：在SiC MOSFET模型中，確認(rèn)了動(dòng)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(cè)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(píng)估電路

LTspiceVersion (x64): 24.1.3

表1. SiC MOSFET模型的評(píng)估結(jié)果

定義新的建模級(jí)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(duì)于不同模型類型具有相同后綴的模型文件和對(duì)于相同模型類型具有不同后綴的模型文件。這樣一來(lái)就無(wú)法一眼判斷是哪種模型類型，所以導(dǎo)入了“ROHM級(jí)別”這一新的模型級(jí)別。

前面介紹的新模型是ROHM級(jí)別L3。另外，ROHM等級(jí)與SPICE version2G.6MOSFET Model中定義的“LEVEL”、其他模型供應(yīng)商定義的“等級(jí)”、“級(jí)別”和“版本”不同，請(qǐng)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(píng)價(jià)靜態(tài)特性時(shí)分開(kāi)使用靜態(tài)特性精度優(yōu)良的L1模型，在評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)特性時(shí)分開(kāi)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(jí)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(qǐng)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(chǔ)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(kāi)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(jí)3（L3），將于2025年4月開(kāi)始在網(wǎng)站上公開(kāi)。今后計(jì)劃開(kāi)發(fā)自發(fā)熱模型ROHM等級(jí)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(kāi)始，其他的產(chǎn)品群也依次展開(kāi)，不過(guò)，轉(zhuǎn)移期間新舊模型文件并存。