受動部品のスパイスモデルとシミュレーション

受動部品のスパイスモデル
と
シミュレーション
株式会社ビー・テクノロジー
www.bee-tech.com

回路解析シミュレータ
デザインキット
回路方式のテンプレート
モデル
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.

デバイスモデル、
シミュレーションに
関する月刊小冊子

売上
利益
累積コスト・投資
Break Even Time
(損益分岐点到達時間)
Time to Market
(商品開発時間)
Break Even After Release
(販売開始後損益分岐点到達時間)
Time to Marketの短縮が売上、利益の増大と投資、コストの削減に直結する
開発開始販売開始
具体的な施策としてシミュレーション技術の導入がある
→１回でも試作回数を削減させるのが目的である

Designer
EDA
Device
Model
Technology
of
Simulation

回路開発実験室と同じ環境をコンピュータ上に創る
自分が良く採用するデバイスのデバイスモデル(SPICE MODEL)を
最初から準備し、整備していく。

Index
1.受動部品のスパイスモデル
1.1コンデンサモデルについて
1.2インダクタモデルについて
2.回路方式における受動部品の影響
FCC回路でケース・スタディ

1.1 コンデンサモデルについて
コンデンサの等価回路の考え方(周波数を考慮する)
Impedance vs. Frequency
Capacitor model
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
Capacitor model
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
注意：動作周波数により、3素子モデルではなく、5素子モデル、ラダー・モデル
が採用される事もあります。

ESL
1 2
C ESR
直列コイル成分直列抵抗成分
3素子モデルについて

COMPONENTS: CAPACITOR/CERAMIC
PART NUMBER: DE1B3KX101KA5B
MANUFACTURER: MURATA

*$
*PART NUMBER: DE1B3KX101KA5B
*MANUFACTURER: MURATA
*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2004
.SUBCKT DE1B3KX101KA5B 1 4
L1 1 2 39.7352n
C1 2 3 92.4504p
R1 3 4 2.28354
.ENDS
*$
DE1B3KX101KA5B
L1 C1 R1

体験学習 OrCAD Captureにて回路図を作成する
Place->Part:部品を選択

V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
U1
DE1B3KX101KA5B
0

V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
U1
DE1B3KX101KA5B
Name = N00105
0
N00105

体験学習 Simulation Setting

体験学習 Trace-> Add Trace

体験学習 Trace:V(N00105)/I(V2)とY軸変換

体験学習
L1 C1 R1
39.7352nH 2.28354 ohm
2.28
ESL ESR

体験学習
V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
0
ESL
39.7352nH
1 2
C1
92.4504p
ESR
2.28354
N00728
Capacitor

体験学習 Trace:V(N00728)/I(V2)とY軸変換

体験学習
V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
0
ESL
39.7352nH
1 2
C1
92.4504p
ESR
2.28354
N00728
Capacitor
ESLの影響を調査
ESL値を対象にパラメトリック解析を行う

体験学習 ESL値のパラメトリック解析を行う
V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
0
ESL
{ESL}
1 2
C1
92.4504p
ESR
2.28354
N00728
Capacitor
PARAMETERS:

New Column -> Add New Column ->Display

V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
0
ESL
{ESL}
1 2
C1
92.4504p
ESR
2.28354
N00728
Capacitor
PARAMETERS:
ESL = 1n

体験学習 ESR値のパラメトリック解析を行う
V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
0
ESL
39.7352nH
1 2
C1
92.4504p
ESR
2.28354
N00728
Capacitor
ESRの影響を調査
ESR値を対象にパラメトリック解析を行う

V1
1Vac
0Vdc
V2
0Vdc
0
ESL
39.7352n
1 2
C1
92.4504p
ESR
{ESR}
N00728
Capacitor
PARAMETERS:
ESR = 1

電解コンデンサの事例
COMPONENTS: CAPACITOR/ ELECTROLYTIC
PART NUMBER: ECEA0JKG470
MANUFACTURER: Panasonic
THERMAL: Ta= 25C (degree)

*$
*PART NUMBER: ECEAOJKG470
*MANUFACTURER: Panasonic
*Cap=47uF,WV=6.3V
*THERMAL:Ta=25C(degree)
*All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2006
.SUBCKT ECEAOJKG470_25C 1 4
L1 1 2 775.427nH
C1 2 3 35.762uF
R1 3 4 2.04763
.ENDS
*$

Frequency
100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz
V(N00027)/ I(V2)
1.0
10
100
1.0K
0
U1
ECEA0JKG470_25C
V2
1Vac
0Vdc
V1
0Vdc

3素子モデル(3 Elements Model)
電源回路シミュレーションで採用
ラダー・モデル(Rudder Model)
CPU周辺及び高速動作の回路シミュレーションで採用

*$
*PART NUMBER: F25case2V1200uF
*MANUFACTURER: NIPPON CHEMI-CON
*CAP=1200uF,Vmax=2V
.SUBCKT F25case2V1200uF 1 2
C_C2 N1 N3 11uF
R_R1 N2 2 942.2070u
L_LS 1 N1 1.3500pH
C_C1 N1 N2 1.2mF
R_R2 N3 2 10u
.ENDS
*$

21
R1
LS
C1
R2C2

赤ライン：実測、青ライン：シミュレーション

Frequency
100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHz 10GHz
V(U1:1)/ I(V1)
10u
100u
1.0m
10m
100m
1.0
V1
1Vac
0Vdc
0
V2
0Vdc
U1
F25CASE2V1200UF

*$
*PART NUMBER: F25case2V1200uF
*MANUFACTURER: NIPPON CHEMI-CON
*CAP=1200uF,Vmax=2V
.SUBCKT F25case2V1200uF 1 2
R_R2 N3 N4 14.6480Ω
R_R3 N4 N5 11.3548uΩ
R_R4 N5 N6 1.998mΩ
C_CS 1 N1 1.25mF
L_LS N1 N2 1.35pH
C_C1 N3 2 11uF
C_C2 N4 2 1.9862mF
C_C3 N5 2 2.7169mF
C_C4 N6 2 2.1047nF
R_RS N2 2 905.7567uΩ
R_R1 N2 N3 518.3787nΩ
.ENDS
*$

RS
R1 R2 R3 R4CS LS
C1 C2 C3 C4
1
2

赤ライン：実測、青ライン：シミュレーション

Frequency
100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHz 10GHz
V(U1:1)/ I(V1)
10u
100u
1.0m
10m
100m
1.0
V1
1Vac
0Vdc
0
V2
0Vdc
U1
F25CASE2V1200UF

1.2 インダクタモデルについて
コイルの等価回路の考え方(周波数を考慮する)
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
Inductor model
R1L1
L1
R1
R1L1
C1
L1
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
Inductor model
R1L1 R1L1
L1
R1
L1
R1
R1L1
C1
R1L1
C1
L1L1
注意：動作周波数により、3素子モデルではなく、5素子モデル、ラダー・モデル
が採用される事もあります。

*$
*PART NUMBER: 22R105
*MANUFACTURER: Newport Components
.SUBCKT 22R105 1 2
L1 1 2 948.599u
R1 1 2 236.122k
C1 1 2 5.61256p
.ENDS
*$

Frequency
1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz
V(V1:+)/ I(V1)
1.0
10
100
1.0K
10K
100K
(2.1878M,234.735K)

体験学習
V2
1Vac
0Vdc
V1
0Vdc
0
U1
22R105
N00576

**** INCLUDING SCHEMATIC1.net ****
* source 22R105
X_U1 0 N00576 22R105
V_V2 N00359 0 DC 0Vdc AC 1Vac
V_V1 N00576 N00359 0Vdc
**** RESUMING 22R105.cir ****
.END
Unable to find index file 22r105.ind for library file 22r105.lib
Making new index file 22r105.ind for library file 22r105.lib
Index has 1 entries from 1 file(s).
ERROR -- Voltage source and/or inductor loop involving V_V1
You may break the loop by adding a series resistance
体験学習

V2
1Vac
0Vdc
V1
0Vdc
0
U1
22R105
R1
1m
微小な抵抗を
配置する
体験学習

体験学習

体験学習
抵抗成分を検証する 236.122k

体験学習
抵抗成分を検証する
V2
1Vac
0Vdc
V1
0Vdc
0
R1
1m
N00974
R2
{RVAL}
C1
5.61256p
L1
948.599uH
1
2
PARAMETERS:
RVAL = 100k

体験学習
抵抗成分を検証する

体験学習
容量成分を検証する
5.61256p

体験学習
V2
1Vac
0Vdc
V1
0Vdc
0
R1
1m
N02036
R2
236.122k
C1
{CVAL}
L1
948.599uH
1
2
PARAMETERS:
CVAL = 1p

体験学習

*$
*PART NUMBER: SF-T5-25-01-PF
*MANUFACTURER: TDK
*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2006
.SUBCKT SF-T5-25-01-PF 1 2
R1 1 N4 2.89441k
RS N4 2 37.9262m
C1 1 N4 5.81894p
L1 1 N3 12.151u
L2 N3 N4 24.0673u
R2 N3 N4 592.966
C2 N3 N4 2.2969p
.ENDS
*$

C1
1 2
R1
L2
C2
L1
R2
RS

Frequency
100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz
V(N01685)/I(V2)
10m
100m
1.0
10
100
1.0K
10K

FCC(Forward Coupling Converter)
Output Voltage=5(V),Output Current=0.5(A)
R3
22
R2
22
C3
680p
C2
680p
L3
71uH
R4
270 C5
4336u
0
R1220
C1
330p
V1
FREQ = 50
VAMPL= 6.6
VOFF = 0
U1
D5LC20U_PRO
U2
D5LC20U_PRO
L1
131.029n
L2
129.687nH
C4
18p
L4
13.444n
R5
21.672m
R12
10
C6
4336u
L5
13.444n
R6
21.672m
C7
4336u
L6
13.444n
R7
21.672m
C8
4336u
L7
13.444n
R8
21.672m

Simulation Measurement
Time
0.1s 0.2s 0.3s 0.4s 0.5s 0.6s 0.7s 0.8s 0.9s 1.0s
1 V(L3:2) V(V1:+) 2 I(R12)
-20V
-15V
-10V
-5V
0V
5V
10V
15V
20V
1
-800mA
-600mA
-400mA
-200mA
-0mA
200mA
400mA
600mA
800mA
2
>>

Time
100ms 110ms 120ms 130ms 140ms 150ms 160ms 170ms 180ms 190ms
1 V(L3:2) V(V1:+) 2 I(R12)
-20V
-15V
-10V
-5V
0V
5V
10V
15V
20V
1
-800mA
-600mA
-400mA
-200mA
-0mA
200mA
400mA
600mA
800mA
2
>>

R3
22
R2
22
C3
680p
C2
680p
L3
71uH
R4
270 C5
4336u
0
R1220
C1
330p
V
V1
FREQ = 50
VAMPL= 6.6
VOFF = 0
U1
D5LC20U_PRO
U2
D5LC20U_PRO
L1
131.029n
L2
129.687nH
C4
18p
L4
13.444n
R5
21.672m
R12
10
C6
4336u
L5
13.444n
R6
21.672m
C7
4336u
L6
13.444n
R7
21.672m
C8
4336u
L7
13.444n
R8
21.672m

Time
V(L3:1)
-20V
-15V
-10V
-5V
0V
5V
10V
15V
20V

R3
22
R2
22
C3
680p
C2
680p
L3
71uH
R4
270 C5
4336u
0
R1220
C1
330p
V- V+
V1
FREQ = 50
VAMPL= 6.6
VOFF = 0
U1
D5LC20U_PRO
U2
D5LC20U_PRO
L1
131.029n
L2
129.687nH
C4
18p
L4
13.444n
R5
21.672m
R12
10
C6
4336u
L5
13.444n
R6
21.672m
C7
4336u
L6
13.444n
R7
21.672m
C8
4336u
L7
13.444n
R8
21.672m

Time
V(U1:K,U1:A)
-20V
-15V
-10V
-5V
0V
5V
10V
15V
20V

出力電解コンデンサのESRの影響を観察する。
R2
22
R3
22
R4
270
L3
71uH
C2
680p
C3
680p
C5
4336u
0
R1220
C1
330p
V1
FREQ = 50
VAMPL = 6.6
VOFF = 0
U1
D5LC20U_PRO
U2
D5LC20U_PRO
PARAMETERS:
ESR = 21.672m
L1
131.029n
L2
129.687nH
C4
18p
L4
13.444n
R5
{ESR}
R12
10
C6
4336u
L5
13.444n
R6
{ESR}
C7
4336u
L6
13.444n
R7
{ESR}
C8
4336u
L7
13.444n
R8
{ESR}

出力電解コンデンサのESRの影響を観察する。

お問合わせ先)
info@bee-tech.com
Bee Technologies Group
【本社】
株式会社ビー・テクノロジー
〒105-0012 東京都港区芝大門二丁目2番7号 7セントラルビル4階
代表電話: 03-5401-3851
設立日:2002年9月10日
資本金:8,830万円 (資本準備金:1,500万円)
【子会社】
Bee Technologies Corporation (アメリカ)
Siam Bee Technologies Co.,Ltd. (タイランド)
デバイスモデリング
スパイス・パーク(デバイスモデル・ライブラリー)
デザインキット
デバイスモデリング教材

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