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SPICEを活用したD級アンプ回路シミュレーション配布資料
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1.
SPICEを活用したD級アンプ回路 シミュレーションセミナー 【セミナー内容】 1.ドライバーICのスパイスモデル 2.パワーMOSFETのスパイスモデル 3.スピーカーのスパイスモデル 4.D級アンプの回路シミュレーションのポイント 5. D級アンプの回路シミュレーションの解説 6.質疑応答 2013年5月30日(金曜日) 株式会社ビー ・テクノロジー http://www.beetech.info/ 堀米
毅 1Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
2.
D級アンプの概要 【D級アンプの特徴】 スイッチングアンプまたは、PWMアンプです。D級アンプの各スイッチは、完全に オンかオフになるかです。効率は90-95%であり、オーディオ信号がPWM搬送波 信号を変調し、出力デバイスを駆動します。出力ノイズは、最終段の低域通過 フィルタ(LPF)で除去する。 【A級アンプの特徴】 出力デバイスが常時導通→歪が小さく、直線性が優れているが効率が悪い(20%) 【B級アンプの特徴】 2つの出力デバイスは、正弦波の周期の半分だけ導通する。 入力信号がない場合、出力デバイスには電流は流れない。効率は、50%程度。 【AB級アンプの特徴】 A級アンプとB級アンプの組み合わせであり。一般的なパワーアンプの方式です。 出力の2つのデバイスは、同時に導通するが、クロスオーバーポイントの領域に 限定されます。効率は、50%程度。 2Copyright (C) Bee
Technologies Inc.2013
3.
出展:IR社 D級アンプの概要 3Copyright (C) Bee
Technologies Inc.2013
4.
出展:IR社 D級アンプの概要 4Copyright (C) Bee
Technologies Inc.2013
5.
D級アンプのアプリケーション回路のデザインキット http://ow.ly/luD7y 5Copyright (C) Bee
Technologies Inc.2013
6.
+ - SPEAKER F120A V V FET1 IRFIZ24N V V V V FET2 IRFIZ24N V1 FREQ =
{f in} VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv } VOFF = 0 0 C4 1nF +B 15V + C18 EKMG500ELL222MLP1S C5 1nF 0 C6 1n R18 10 0 R19 2.2k C1 10u C14 MMH250K684 R4 220 C7 10u IC = 10 R2 3k R1 100k C10 22u IC = 15 OUT C9 22u IC = 12.85 MUR120RLG D2 VS IN R13 10 R3 47k L1 7G14N-220-RB VB R17 1 0 R20 3.3k R21 8.2k R8 820 +B VREF VAA 0 R6 8.2k R7 1.2k CSD OCSET IN- U5 IRS2092 VAA GND IN- COMP CSD VSS VREF OCSET DT COM LO VCC VS HO VB CSH VCC 0 DT VSS 0 COMP HO R5 820 -B R15 10 LO VR1 75 -B -15V 0 C2 10u IC = 7 C8 10u IC = 7 R11 10k CSH VS C13 MMC400K104 0 C12 MMC250K474 R16 10 C11 RPER11H104K2K1A01B C15 RPER11H104K2K1A01B 0Ls1 20nH 1 2 Ls2 20nH 1 2 Ls3 20nH 1 2 Ls4 20nH 1 2 R14 4.7 MUR120RLG D1 0 R9 4.7k + C16 EKMG500ELL222MLP1S C3 10u IC = 14 Ls5 20nH 12 C17 RPER11H104K2K1A01B R12 10k PARAMETERS: VOUT = 2 Gv = 15.85 f in = 1k Time 505.0us 510.0us V(VS) -40V 0V 40V Time 505.0us 510.0us V(HO) -40V 0V 40V Time 505us 510us503us 513us V(LO) -20V 0V Time 0.50ms 0.75ms 1.00ms 1.25ms V(IN) 0V -200mV 200mV Time 505.0us 510.0us V(COMP) 0V -1.0V 1.0V Time 0s 0.5ms 1.0ms V(OUT) -4.0V 0V 4.0V D級アンプのアプリケーション回路 6Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
7.
D級アンプのアプリケーション回路に必要な主要な部品のスパイスモデル ドライバICのスパイスモデル デバイスモデリングサービスでご提供 パワーMOSFETモデル →スパイス・パークにて販売中(444モデル販売中) プロフェッショナルモデル:3,000円 スタンダードモデル:2,000円 http://www.spicepark.info/mosfet/ スピーカーのスパイスモデル →スパイス・パークにて販売中(44モデル販売中) フルレンジ(全帯域用)、トゥイーター (高音用):953円 http://ow.ly/luENe 7Copyright (C)
Bee Technologies Inc.2013
8.
パワーMOSFETのスパイスモデル STEP1 STEP2 STEP3 調査 L:channel length(チャネル長) Unit:m W:channel
width(チャネル幅) Unit:m TOX:thin oxide thickness(ゲート酸化膜厚) Unit:m Transconductance Characteristic→KP Measurement →Table(Id,gfs) Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流)) Gfs:Forward Transconductance (順伝達コンダクタンス) Transfer Curve Characteristic→VTO Measurement →Table(Vgs,Id) Vgs:Gate-Source Voltage (ゲート・ソース間電圧) Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流)) 8Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
9.
パワーMOSFETのスパイスモデル STEP4 STEP5 Rds(on) Resistance Characteristic→RD Data
Sheet →Id(A),Vgs(V),Rds(on) Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流)) Vgs:Gate-Source Voltage (ゲート・ソース間電圧) Rds(on):Static Drain-Source On-state Resistance (ドレイン・ソース間オン抵抗) Zero-bias Leakage Characteristic→RDS Data Sheet →Idss(A),Vds(V) Idss:Zero Gate Voltage Drain Current (ドレイン遮断電流) Vds:Drain-Source Voltage (ドレイン・ソース間電圧) 9Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
10.
パワーMOSFETのスパイスモデル STEP6 Turn-on Charge Characteristic→CGSO,CGDO Data
Sheet(Gate Charge Characteristic) →Qgd(C),Qgs(C),Id(A),Vds(V) Qgd: Qgs: Id:Contunuous Drain Current(DC) (ドレイン電流(直流)) Vds:Drain-Source Voltage (ドレイン・ソース間電圧) 10Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
11.
パワーMOSFETのスパイスモデル STEP7 Capacitance Characteristic→MJ,PB Data Sheet →Vds(V),
Coss(F),Crss(F) MJ→M(Diode Model Parameter) PB→VJ(Diode Model Parameter) Data Sheet(Capacitance Characteristic)よりCoss(F),Crss(F)を抽出し、 Cbd(F)を算出する。 Diode Capacitance 特性と同様の考え方を適応させる。 Vds: Drain-Source Voltage (ドレイン・ソース間電圧) Coss:Output Capacitance (出力容量) Crss:Reverse Transfer Capacitance (帰還容量) Cbd(F)=Coss(F)-Crss(F) 11Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
12.
パワーMOSFETのスパイスモデル STEP8 Switching Time Characteristic→RG Circuit
for MOSFET Switching TimeにてMOSFET SPICE MODELを 回路に組み込みMOSFET MODEL PARAMETER:RGを変化させて td(on)の合わせ込みを行なう。 Circuit for MOSFET Switching Timeには測定条件を反映させる。 td(on)は調査する。 STEP9 Body Diode V-I Characteristic→IS,N,RS,IKF Measurement →Table(VSD,Is) 12Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
13.
パワーMOSFETのスパイスモデル STEP10 Body Diode Reverse Recovery
Characteristic→TT Measurement →Output STEP11 Body DIODEの抽出 OrCAD Release9 PSpice Model Editor(DIODE)で抽出 ①V-I Characteristic→IS,N,RS,IKF ②Reverse Recovery Characteristic→TT 13Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
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パワーMOSFETのスパイスモデル SiC MOSFET:SCU210AX [MOSFET本体] MOSFET
LEVEL=3 Model IV特性 伝達特性(Id-gfs特性) Vgs-Id特性 Rds(on)特性 CV特性(Vds-Cbd特性)=>cbd=Coss-Crss ゲートチャージ特性:等価回路モデルでミラー効果を再現 スイッチング特性 [ボディ・ダイオード] Diode Model IV特性 逆回復特性 U1 SCU210AX G S D Time*1mA 0 5n 10n 15n 20n 25n 30n 35n 40n V(W1:3) 0V 2V 4V 6V 8V 10V 12V 14V 16V 18V 20V 等価回路モデル LEVEL=3 Model 14Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
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スピーカーのスパイスモデル 赤ライン内がスピーカーのSPICEモデルの等価回路図です。 15Copyright (C) Bee
Technologies Inc.2013
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緑色ライン内が電気的インピーダンスの等価回路図です。 黄色ライン内が機会的インピーダンスの等価回路図です。 スピーカーのスパイスモデル 16Copyright (C) Bee
Technologies Inc.2013
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D級アンプのキット(マルツエレック) http://www.marutsu.co.jp/shohin_209827/ 17Copyright (C) Bee
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+ - SPEAKER F120A V V FET1 IRFIZ24N V V V V FET2 IRFIZ24N V1 FREQ =
{f in} VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv } VOFF = 0 0 C4 1nF +B 15V + C18 EKMG500ELL222MLP1S C5 1nF 0 C6 1n R18 10 0 R19 2.2k C1 10u C14 MMH250K684 R4 220 C7 10u IC = 10 R2 3k R1 100k C10 22u IC = 15 OUT C9 22u IC = 12.85 MUR120RLG D2 VS IN R13 10 R3 47k L1 7G14N-220-RB VB R17 1 0 R20 3.3k R21 8.2k R8 820 +B VREF VAA 0 R6 8.2k R7 1.2k CSD OCSET IN- U5 IRS2092 VAA GND IN- COMP CSD VSS VREF OCSET DT COM LO VCC VS HO VB CSH VCC 0 DT VSS 0 COMP HO R5 820 -B R15 10 LO VR1 75 -B -15V 0 C2 10u IC = 7 C8 10u IC = 7 R11 10k CSH VS C13 MMC400K104 0 C12 MMC250K474 R16 10 C11 RPER11H104K2K1A01B C15 RPER11H104K2K1A01B 0Ls1 20nH 1 2 Ls2 20nH 1 2 Ls3 20nH 1 2 Ls4 20nH 1 2 R14 4.7 MUR120RLG D1 0 R9 4.7k + C16 EKMG500ELL222MLP1S C3 10u IC = 14 Ls5 20nH 12 C17 RPER11H104K2K1A01B R12 10k PARAMETERS: VOUT = 2 Gv = 15.85 f in = 1k D級アンプ回路の出力MOSFETをSiC MOSFETに置き換えた場合 ROHM SCT2080KE 18Copyright (C) Bee Technologies Inc.2013
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