前言

在SiC（碳化硅）等功率半導體的電氣仿真中，以往的行為模型存在收斂性差、仿真速度慢的問題。但是，這次開發并發布了提高仿真速度的新模型。

功率半導體在功率轉換和控制中起著重要的作用，其性能和可靠性的驗證至關重要。特別是，通過仿真的驗證，與實際的試制和實驗相比，能夠大幅削減成本和時間，因此成為開發過程中不可缺少的方法。

以往的行為模型能夠詳細地再現復雜的動作，但存在收斂性差，仿真速度慢的問題。

與此相對，新開發的模型克服了這些問題，實現了更快且有效的仿真。新模型的發布使得開發者能夠更快地評估和優化功率半導體的性能。由此，如圖1所示，從電路設計到產品的市場投入的時間縮短，以期待競爭力的提高。

圖1. 通過活用新模型可以縮短開發時間

什么是行為模型

行為模型是用任意函數定義器件特性，在電路仿真中用于仿真器件的行為。為了詳細再現Compact模型（也稱為Device模型）無法表現的特性，傾向于成為復雜的算法（計算公式）。另一方面，行為模型存在以下問題。

以往的行為模型的問題

以往的行為模型具有以下問題。

- 收斂性：為了詳細再現復雜的動作，仿真的收斂經常惡化。

- 仿真速度：為了進行高精度的仿真需要大量的計算資源，結果仿真時間變長。

新仿真模型的特點

新開發的仿真模型具有以下特點。

- 快速收斂算法：改善收斂性，縮短仿真時間。

- 有效的計算方法：優化算法以提高動態瞬態分析中的仿真速度。

- 高精度結果：動態特性精度保持與傳統行為模型相同，同時提高了仿真速度。

模型的評價

新的仿真模型通過以下方法進行了評價。

- 基準測試：與傳統模型相比，評估仿真速度和收斂性。

- 仿真：在SiC MOSFET模型中，確認了動態特性的精度。

LTspice圖2示出了AC-DC Boost PFC電路中SiC MOSFET模型的基準測試。將結果匯總到表1中，仿真時間從179秒縮短到79秒，能夠以以往的44%的時間得到結果。另外，在雙脈沖試驗中進行仿真時，確認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模型的評估電路

LTspiceVersion (x64): 24.1.3

表1. SiC MOSFET模型的評估結果

定義新的建模級別

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。以往存在對于不同模型類型具有相同后綴的模型文件和對于相同模型類型具有不同后綴的模型文件。這樣一來就無法一眼判斷是哪種模型類型，所以導入了“ROHM級別”這一新的模型級別。

前面介紹的新模型是ROHM級別L3。另外，ROHM等級與SPICE version2G.6MOSFET Model中定義的“LEVEL”、其他模型供應商定義的“等級”、“級別”和“版本”不同，請注意。

在提供新模型L3之后，也并行提供以往模型L1。希望在詳細評價靜態特性時分開使用靜態特性精度優良的L1模型，在評價動態特性時分開使用收斂性和速度優良的L3模型。

表2. 模型類別和新建模級別的定義

SPICE模型的安裝

LTspice中SPICE的按照順序概要如圖3所示。詳細的方法請參照應用筆記[LTspice用的電路模型]。選擇所需的仿真電路模型可以用于驗證。

1. 將模型文件存儲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行仿真。

圖3. 在LTspice中安裝SPICE模型

今后的發展

此次開發的新模型用于第4代SiC MOSFET，是提高了收斂性和仿真速度的ROHM等級3（L3），將于2025年4月開始在網站上公開。今后計劃開發自發熱模型ROHM等級4（L4）。

新的模型水平的轉移，首先第4代SiC MOSFET模型將從2025年4月開始，其他的產品群也依次展開，不過，轉移期間新舊模型文件并存。