当社
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SPICE
モデル
モデルを
モデル
モデル
を
を用
を
用いた
用
用
いた
いた
いたシミュレーション
シミュレーション
シミュレーション例
シミュレーション
例
例
例
・この資料は、当社、日本ケミコン(株)がご提供するSPICEモデルのシミュレーション例をご紹介しています。
・この資料は、OrCAD Capture 16.2(日本語化)に基づいて作成しています。
“PSpice”及び“OrCAD Capture”は米国Cadence Design Systems社の登録商標です。
【当社SPICEモデルの取り扱いに関するご注意】
・当社SPICEモデルは、”OrCAD Capture/PSpice”及び、”OrCAD Family Release 9.2 Lite Edition”用に作成したモデルです。 その他回路シミュレータでの動作検証は行っておりませんので、ご了承ください。 ・本データは製品の特性に対する参考データであり、製品の特性を保証するものではありません。 ・採用に際しては、製品をより正しく、安全にご使用いただくために、本データに依拠することなく、 必ず製品を実装し、試験等を行った上で決定してください。 ・本データは、改良その他の理由により予告なく追加・変更・削除を行う場合があります。 ・本データの使用による損害等について、日本ケミコン株式会社は一切の責任を負いませんのでご了承ください。 ・本データの著作権はすべて日本ケミコン株式会社にあります。 ・本データの再配布および転載はご遠慮ください。
回路シミュレーションに必要な電子部品の
SPICE
モデル
回路シミュレータでシミュレーションを行うためには、「使用する部品に対応したSPICEモデル」が必要です。 SPICE モデルは、「回路のシミュレーションを行うために必要な電子部品の振る舞い」が記述されており、 いわば、「回路シミュレーション用の部品」です。 通常、SPICEシミュレータには電子回路部品の理想的なモデルデータが備わっていますが、 それらは理想通りの動きをするものであって、実際に販売されている電子部品の挙動を示したものではありません。 よって、得られるシミュレーション結果も理想通りの結果であって、実際のものとは大きく異なってきます。 また、使用するSPICEモデルがいい加減なものであると、どんなに精密なシミュレーションを行っても 正しい結果は得ることはできません。 当社は、「実際のコンデンサの挙動に近い7素子のパラメータで構成されたSPICEモデル」をご提供しています。 当社のSPICEモデルを使用することで、シミュレーション結果を実測に近づけることができ、 回路の細やかな解析が可能になります。 シミュレーション結果が実測の結果に近ければ近いほど、回路の問題点を見つけやすく、 量産時の歩留まりを向上させることができ、回路設計の品質や設計効率が向上します。 【ライブラリファイル】 【デバイスシンボルファイル】C1
APXA100ARA100MD55G
1
2
当社のコンデンサの
SPICE
モデルは、全て
7
素子のパラメータで構成しています。
R2 C2 C1 L R1 R2 C2 C1 L R1 R3 C3 *コンデンサを構成する素子のパラメータを増やすことで、コンデンサの電気的振る舞い(特に静電容量とESR)を より忠実に再現することができます。 *当社のコンデンサのSPICEモデルは、お客様の回路シミュレーション精度をできるだけ向上させるために 全て7素子のパラメータ(C1、C2、C3、R1、R2、R3、L)で構成しています。 3素子素子モデル素子素子モデルモデルモデル (C、R、L) 5素子素子素子素子モデルモデルモデルモデル (C1、C2、R1、R2、L) 7素子素子素子素子モデルモデルモデルモデル (C1、C2、C3、R1、R2、R3、L) C R L E S R C a p a c it a n c e Frequency Measure E S R C a p a c it a n c e Frequency E S R C a p a c it a n c e Frequency「コンデンサの周波数特性」のシミュレーション例
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Condition
*Input Voltage: 2Vac *Input Impedance: 50Ω *Output Impedance: 50Ω Vin 2Vac 0Vdc 0 Zin 50 Zout 50 0 0 VP VDB C APXS100ARA151MH70G 1 2 位相 位相 位相 位相プローブプローブプローブプローブ ゲインプローブ ゲインプローブ ゲインプローブ ゲインプローブ [ ]dB α [ ]deg. β 0 -20 -40 -60 -80 -100 A tt e n u a ti o n [ d B ] Frequency [Hz] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M Frequency [Hz] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 60 30 0 -60 -30 -90 P h a s e [ d e g .] 90 【位相波形】 【減衰量(ゲイン)波形】 *ベクトル・ネットワーク・アナライザでコンデンサの周波数特性を測定するためのシミュレーションです。 *コンデンサのインピーダンス、ESR、静電容量、ESLの周波数特性をシミュレーションする場合は、 上図のような回路で透過特性(S 21特性)である減衰量[dB]と位相[deg.]を測定します。
「コンデンサの周波数特性」のシミュレーション例
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*当社は「SPICEモデル」と「等価回路モデル」をご用意しております。 *どちらのモデルでシミュレーションを行っても同様の解析結果が得られます。 Vin 2Vac 0Vdc 0 Zin 50 Zout 50 0 0 VP VDB C APXS100ARA151MH70G 1 2 0 -20 -40 -60 -80 -100 A tt e n u a ti o n [ d B ] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M 100M 60 30 0 -60 -30 -90 P h a s e [ d e g .] 90 【位相波形】 【減衰量(ゲイン)波形】 Spiceモデルモデルモデルモデル 等価回路等価回路等価回路等価回路モデルモデルモデルモデル=
R2 57m C2 34.7u 0 C1 108u R1 11.7m Vin 2Vac 0Vdc 0 Zin 50 Zout 50 0 R3 2400m C3 6.68u L 3.4nH VDB VP「コンデンサの周波数特性」のシミュレーション例
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[ ]Ω O Z =50 20 10 21 α S = [ ]rad. π β θ 180 ⋅ = [ ]dB α [ ]deg. β 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M Frequency [Hz] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M Frequency [Hz] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M Frequency [Hz] 10 100 1k 10k 100k 1M 10M 100M Frequency [Hz] 0 1000 2000 3000 4000 5000 0 100 200 300 400 500 1m 10m 100m 1 10 1m 10m 100m 1 Im p e d a n c e [ O h m ] E S R [ O h m ] C a p a c it a n c e [ u F ] E S L [ p H ] [ ] 1 cos 2 2 21 2 21 21 + ⋅ ⋅ − ⋅ = θ S S S Z Z O Ω [ ] 1 cos 2 cos 2 212 21 21 21 + ⋅ ⋅ − − ⋅ ⋅ = θ S S ) S θ ( S Z ESR O Ω [ ] 2 2 106 2 1 × − ⋅ ⋅ ⋅ = ESR Z f π e Capacitanc uF [ ] 12 2 2 10 2⋅ ⋅ × − = f π ESR Z ESL pH *シミュレーション結果から得られた減衰量 と位相 から下記の式を用いて、 インピーダンス、ESR、静電容量、ESLを導出することができます。 但し、 、 、「コンデンサの放電特性」のシミュレーション例
Condition
*Discharge Circuit *Input Voltage: 2Vdc
*Discharge Current: 0A⇒10A
(Ron(FET) ≒25mΩ) *Islewlate≒138A/us V: 1A/div H: 200ns/div V: 50mV/div H: 200ns/div 【放電電流波形】 【放電電圧波形】 0A 10A 2V *コンデンサに蓄積された電荷をスイッチを用いて放電させた場合の電圧変動を測定するためのシミュレーションです。 *コンデンサの静電容量やESR、ESLが放電波形にどのように影響するのかを評価することができます。 L 3.3uH 1 2 Vin 2Vdc VpulseTD = 1us TF = 400ns PW = 20us PER = 100m V1 = 0 TR = 400ns V2 = 6V 0 Rdischarge 0.175 SW FE T fo r d isch a rg e R2 10k R1 50 C A P S F2 R 5 E 8 2 1 M F0 8 S 1 2 initial_voltagevoltage_pulse delay_time rise_time fall_time width_pulse frequency I V TP1 電流 電流 電流 電流プローブプローブプローブプローブ 電圧 電圧 電圧 電圧プローブプローブプローブプローブ
「スイッチング電源のリプル電圧」のシミュレーション例
V: 0.2A/div H: 1us/div V: 5mV/div H: 1us/div 【出力コンデンサ(C1)に流れるリップル電流波形】 【出力リプル電圧ノイズ波形】 Condition *Buck Converter *Input Voltage: 10Vdc*Output Voltage: 2V (Duty=40%) *Output Current: 1A
*Switching Frequency: 400kHz Low_FET C1
A P X F 2 R 5 A R A 5 6 1 M F 8 0 G 1 2 C2 1 2 C3 1 2 Rout 2 0 L 1.0u Vpulse_Hi TD = 0 TF = 1n PW = 0.5u PER = 2.5u V1 = 0 TR = 1n V2 = 20 Cin 390u Vpulse_Lo TD = 0 TF = 1n PW = 0.5u PER = 2.5u V1 = 20 TR = 1n V2 = 0 High_FET V I 10Vdc 電流 電流 電流 電流プローブプローブプローブプローブ 電圧電圧電圧電圧プローブプローブプローブプローブ *スイッチング電源の出力リプル電圧ノイズやコンデンサへ流れるリプル電流を測定するためのシミュレーションです。 *出力波形から、最適なコンデンサの種類や実装個数を検証することができます。
