JP6514533B2 - Calculation method of switching waveform of circuit model for simulation of electronic circuit - Google Patents
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Description
本発明はスイッチング素子と並列に接続されたダイオードよりなる電子回路のシミュレーション用回路モデル及びこのシミュレーション用回路モデルのスイッチング波形の計算方法に関するものである。 The present invention relates to a circuit model for simulation of an electronic circuit composed of a diode connected in parallel with a switching element, and to a method of calculating a switching waveform of the circuit model for simulation.
パワーエレクトロニクス機器の電力損失を低減するため、電気機器に流れる駆動電流をオン、オフするスイッチング素子には、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、或いは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)といったパワーデバイスが使用されている。 In order to reduce the power loss of power electronics devices, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) are used as switching elements that turn on and off the drive current flowing to electrical devices. Power devices such as are used.
そして、これらのスイッチング素子がスイッチングする時に電圧の時間的変化(dV/dt)が発生する。この電圧の時間的変化と配線の寄生インダクタンス、或いは配線と対地(アース)間の寄生容量等の寄生素子により配線上に伝導ノイズが発生する。この伝導ノイズは、配線を通じて他の機器へ影響を与えると共に、配線から空中に放出されて放射ノイズとなる。 Then, when these switching elements switch, a temporal change (dV / dt) in voltage occurs. Conducted noise is generated on the wiring due to a time-dependent change of this voltage and a parasitic inductance of the wiring or a parasitic element such as a parasitic capacitance between the wiring and the ground. The conducted noise affects other devices through the wiring and is emitted from the wiring into the air to become a radiation noise.
ところで、スイッチング素子のスイッチング損失の低減のため、スイッチング素子のスイッチング速度は年々高速化する傾向にある。更には、最近では高耐圧のパワーデバイスとして、IGBTの代わりに炭化ケイ素(SiC: Silicon Carbide)や窒化ガリウム(GaN: Gallium Nitride)を使ったパワーMOSFETが量産化され、これらはスイッチング速度が高速化していることから、ますます伝導ノイズが増加する傾向にある。 By the way, in order to reduce the switching loss of the switching element, the switching speed of the switching element tends to increase year by year. Furthermore, recently, power MOSFETs using silicon carbide (SiC: Silicon Carbide) or gallium nitride (GaN: Gallium Nitride) instead of IGBTs have been mass-produced as high-voltage power devices, and their switching speed has been increased. As a result, the conducted noise tends to increase.
また、伝導ノイズには、多くの国で国際規格の国際無線障害特別委員会(CISPR)規格に準拠したEMC(Electro Magnetic Compatibility)規格が制定されており、量産化にあたってはこの規格を満足する必要がある。EMC規格に合格しているかは、量産と同じ製品で評価する必要があるが、不合格になった場合は再設計が必要なため伝導ノイズ対策には多くの時間がかかる。このため、伝導ノイズを予め数値解析によって求めたいという要望が高まってきている。 For conducted noise, many countries have established the EMC (Electro Magnetic Compatibility) standard in compliance with the International Special Committee on Radio Interference (CISPR) of the international standard, and it is necessary to satisfy this standard for mass production. There is. It is necessary to evaluate whether it passes EMC standard with the same product as mass production, but since it is necessary to redesign when it is rejected, it takes much time for conducted noise measures. For this reason, there is an increasing demand to obtain conduction noise in advance by numerical analysis.
伝導ノイズを数値解析によって求めるためには、スイッチング素子の電圧や電流の時間的変化を反映した実際の波形を忠実に再現するデバイスモデルが必要である。デバイスモデルとしては、拡散層、酸化膜の厚さ等のデバイスの構造を2次元あるいは3次元の有限要素法により解析する、デバイスシミュレーション用モデルがスイッチング素子のスイッチング波形を忠実に再現できる。 In order to obtain the conducted noise by numerical analysis, it is necessary to have a device model that faithfully reproduces an actual waveform reflecting temporal changes in voltage and current of the switching element. As a device model, a device simulation model that analyzes the structure of a device such as a diffusion layer and the thickness of an oxide film by a two-dimensional or three-dimensional finite element method can faithfully reproduce the switching waveform of the switching element.
ところで、電子回路の解析のためには、配線ケーブルや電動機等の周辺回路のモデル化と共に、パルス幅変調(PWM: Pulse Width Modulation)の時間に関係する制御パターンも考慮する必要がある。デバイスシミュレーション用モデルはモデルのメッシュ数にもよるが、1μs間のスイッチング波形を計算するのに1時間以上の時間がかかる。また、PWM周期はmsオーダであり、デバイスシミュレーション用モデルを用いると1000時間以上の時間が掛かることとなり、実際の設計に使うには現実的でないという問題がある。これに対して、回路シミュレータでは、回路規模にもよるが1ms間のスイッチング波形を計算するのに1時間程度の時間で計算できる。 By the way, in order to analyze an electronic circuit, it is necessary to consider a control pattern related to the time of pulse width modulation (PWM) as well as modeling of a peripheral circuit such as a wiring cable and a motor. Although the model for device simulation depends on the number of meshes of the model, it takes one hour or more to calculate the switching waveform for 1 μs. Also, the PWM cycle is on the order of ms, and using the device simulation model takes more than 1000 hours, which is not practical for actual design. On the other hand, in the circuit simulator, although it depends on the circuit size, it can be calculated in about one hour to calculate the switching waveform for 1 ms.
IGBT用回路シミュレーションモデルとして、特開2010−257174号公報(特許文献1)にあるようなモデルが提案されている。この特許文献1におけるモデルは、Nch型MOSFETモデルとPNP型BJTモデル、及び電流制御型電流源から構成され、電流制御型電流源はPNP型BJTモデルのコレクタ電極に流れる電流を入力とし、任意の電流をNch型MOSFETモデルのドレイン電極−ソース電極間に出力することによりテイル電流を模擬でき、実測結果に即したシミュレーション結果を得ることができる。 As a circuit simulation model for IGBT, a model which exists in Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-257174 (patent document 1) is proposed. The model in this patent document 1 is composed of an Nch MOSFET model, a PNP BJT model, and a current controlled current source. The current controlled current source takes any current flowing in the collector electrode of the PNP BJT model as an input. The tail current can be simulated by outputting the current between the drain electrode and the source electrode of the Nch-type MOSFET model, and the simulation result based on the measurement result can be obtained.
また、回路シミュレーションモデルとして、特開2009−26298号公報(特許文献2)には、電圧及び電圧変化を数式により表現することでスイッチング波形を高精度に再現する手法が提案されている。この特許文献2においては、電気回路モデル及びデバイスモデルから入力データを生成する入力データ生成部と、入力データを用いてシミュレーションを実行するソルバー部と、シミュレーション結果を編集して出力する出力編集部を備え、ソルバー部の静特性折線近似回路計算部がIGBT、MOSFET及びダイオードの静特性を折れ線で近似して回路計算を行うようにしている。これによれば、IGBTの過渡特性を精度良くシミュレーションすることができる。 Further, as a circuit simulation model, Japanese Patent Laid-Open No. 2009-26298 (Patent Document 2) proposes a method of reproducing a switching waveform with high accuracy by expressing voltage and voltage change by a mathematical expression. In Patent Document 2, an input data generation unit that generates input data from an electric circuit model and a device model, a solver unit that executes a simulation using input data, and an output editing unit that edits and outputs a simulation result are described. The circuit calculation is performed by approximating the static characteristics of the IGBT, the MOSFET, and the diode with broken lines, and the static characteristic approximate circuit calculation unit of the solver unit performs the circuit calculation. According to this, it is possible to simulate the transient characteristics of the IGBT with high accuracy.
そして、IGBTあるいはMOSFETのようなスイッチング素子を用いた制御装置では、スイッチング素子とダイオードを並列接続した電子回路を1アームとし、このアームを上下2個直列に接続する構成を採用している。そして、上下アームの2個のスイッチング素子のゲートを制御することで、電動機等の電気負荷を制御している。このような制御装置は電動機のインバータ制御等でよく使用されているものである。 Then, in a control device using a switching element such as an IGBT or a MOSFET, a configuration is adopted in which an electronic circuit in which a switching element and a diode are connected in parallel is one arm, and two upper and lower arms are connected in series. And the electric load of a motor etc. is controlled by controlling the gate of two switching elements of an up-and-down arm. Such a control device is often used in inverter control of a motor or the like.
ところで、このようなスイッチング素子とダイオードを並列接続した電子回路を解析する場合は、各アームのスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧の電圧波形と、コレクタ電流の電流波形を模擬(シミュレート)することが必要である。 When analyzing an electronic circuit in which such a switching element and a diode are connected in parallel, simulate (simulate) the voltage waveform of the collector-emitter voltage of the switching element of each arm and the current waveform of the collector current. is necessary.
しかしながら、このように上下アームの2個のスイッチング素子のゲートを制御すると、例えば、上アームのコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の波形は、上アームのゲート端子電圧の状態と共に、下アームのゲート端子電圧の状態によって決まることが知られている。特に、上アームのコレクタ電流は下アームのスイッチング素子の動作によって過渡的な波形が変化するため、上アームのゲート電圧だけの情報では上アームの過渡状態のコレクタ電流の波形を正確に再現できないという課題があった。同様に下アームのコレクタ電流は上アームのスイッチング素子の動作によって過渡的な波形が変化することになる。このように、コレクタ電流に関して上アームと下アームは相互に影響し合っていることになる。 However, when controlling the gates of the two switching elements of the upper and lower arms in this way, for example, the waveforms of the collector-emitter voltage and the collector current of the upper arm together with the state of the gate terminal voltage of the upper arm It is known to be determined by the state of the terminal voltage. In particular, since the collector current of the upper arm changes the transient waveform due to the operation of the switching element of the lower arm, the information of only the gate voltage of the upper arm can not accurately reproduce the waveform of the collector current of the upper arm transient state There was a problem. Similarly, the collector current of the lower arm changes the transient waveform due to the operation of the switching element of the upper arm. In this way, the upper and lower arms interact with each other with respect to the collector current.
尚、特許文献1や特許文献2には上記した課題については示唆する記載は見当たらない。特に、特許文献2では自アームのゲート端子しかモデルに取り入れておらず、上下アームを用いた制御装置の過渡状態のコレクタ電流の波形を正確に再現できないものである。 In Patent Document 1 and Patent Document 2, no description suggesting the above-mentioned problems is found. In particular, in Patent Document 2, only the gate terminal of the own arm is incorporated in the model, and the waveform of the collector current in the transient state of the control device using the upper and lower arms can not be accurately reproduced.
本発明の目的は、過渡状態のコレクタ−エミッタ間電圧及びコレクタ電流の波形を正確に再現できるシミュレーション用回路モデル及びこれのスイッチング波形の計算方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a simulation circuit model capable of accurately reproducing the waveform of collector-emitter voltage and collector current in a transient state, and a method of calculating a switching waveform thereof.
本発明の特徴は、スイッチング素子とダイオードを並列接続したものを1アームとして2個直列に接続した電子回路をモデル化し、夫々のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の夫々の波形を関数式で表現すると共に、一方のアーム及び他方のアームのゲート電圧を入力し、このゲート電圧に応じてコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の関数式を選択する、ところにある。 A feature of the present invention models an electronic circuit in which two switching elements and two diodes connected in parallel are connected in series as one arm, and functions of respective waveforms of collector-emitter voltage and collector current of each switching element are functioned. It is expressed by the equation, and the gate voltage of one arm and the other arm is input, and the functional equation of the collector-emitter voltage and the collector current is selected according to the gate voltage.
本発明によれば、一方のアームと他方のアームのゲート電圧に応じてスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の関数式を選択することで、コレクタ−エミッタ間電圧及びコレクタ電流の波形を正確に再現することが可能となる。 According to the present invention, the waveform of the collector-emitter voltage and the collector current is selected by selecting the functional equation of the collector-emitter voltage and the collector current of the switching element according to the gate voltage of one arm and the other arm. It becomes possible to reproduce accurately.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。 Hereinafter, although the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, the present invention is not limited to the following embodiment, and various modifications and applications can be made within the technical concept of the present invention. Is also included in that range.
図1はスイッチング素子としてのIGBTとダイオードを並列接続したものを1アームとし、これを直列に2個接続した一般的な電子回路を示している。 FIG. 1 shows a general electronic circuit in which an IGBT as a switching element and a diode connected in parallel are used as one arm, and two of them are connected in series.
図1において、上アームは上IGBT1aと、これに並列に接続された上ダイオード2aとから構成され、上IGBT1aは上ゲート端子10a、上エミッタ端子11a及び上コレクタ端子12aを備えている。また、上エミッタ端子11aと上コレクタ端子12aは上ダイオード2aと接続されており、上IGBT1aに対して並列接続されている。
In FIG. 1, the upper arm is composed of an upper IGBT 1a and an upper diode 2a connected in parallel thereto, and the upper IGBT 1a includes an
一方、下アームは下IGBT1bと、これに並列に接続された下ダイオード2bとから構成され、下IGBT1bは下ゲート端子10b、下エミッタ端子11b及び下コレクタ端子12bを備えている。下エミッタ端子11bと下コレクタ端子12bは下ダイオード2bと接続されており、下IGBT1bに対して並列接続されている。
On the other hand, the lower arm is composed of a
上アームの上コレクタ端子12aは図面に記載されていない高圧電源の高圧側に接続されている。また、上アームの上エミッタ端子11aと下アームの下コレクタ端子12bとは夫々接続されている。この接続部は出力端子13と接続されており、出力端子13は図示しない電動機等の電気負荷に接続されている。更に、下アームのエミッタ端子11bは、図面に記載されていない高圧電源の低圧側に接続されている。上述した上下アームよりなる電子回路は良く知られたものであり、電動機等の制御装置に使用されている。
The
次に、ゲート電圧が切り替わった時の過渡状態の各アーム(以下の説明では上アーム)のコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の変化状態を説明する。図2は上アームの上コレクタ端子12aと上エミッタ端子11aの間にインダクタンス負荷200を接続してスイッチングを行う時の回路を示している。
Next, the state of change of the collector-emitter voltage and collector current of each arm (upper arm in the following description) in the transition state when the gate voltage is switched will be described. FIG. 2 shows a circuit when switching is performed by connecting an
インダクタンス負荷200の一方の端子は、上アームの上コレクタ端子12aに接続され、インダクタンス負荷200と上コレクタ端子12aの間には配線インダクタンス202が存在する。インダクタンス負荷200の他方の端子は上アームのエミッタ端子11aに接続されている。
One terminal of the
上コレクタ端子12aは高圧電源201の高電圧側端子に接続されており、上コレクタ端子12aと高圧電源201の高電圧側端子の間には、配線の配線インダクタンス203が存在する。高圧電源201の低電圧側端子は、下アームの下エミッタ端子11bと共に接地されている。
The
そして、上述した図2の回路において、上アームの上ゲート端子10aにゲート制御信号を入力した時の、上アームの上ゲート端子11aのゲート電圧、上コレクタ端子12aと上エミッタ端子11aのコレクタ−エミッタ間電圧、上コレクタ端子12aのコレクタ電流、下アームのダイオード2bのアノード−カソード間電圧、及び下アームのダイオード2bに流れる電流の波形を図3に模式的に示している。尚、以下の説明は上アームのゲート端子10aの入力に関するものであるが、下アームのゲート端子10bの入力に関しても実質的に同様のものである。
In the circuit of FIG. 2 described above, when the gate control signal is input to the
図3において、(a)で示すように上アームのゲート端子10aのゲート電圧G1がオン状態で安定している「オン定常状態」から、ゲート端子10aのゲート電圧G1が時刻t1でオンからオフに切り替わると、(b)で示すように上アームのコレクタ端子12aのコレクタ電流は時刻t1から減少する。一方、(c)で示すようにコレクタ−エミッタ間電圧は増加していくが、コレクタ電流の減少による電流の時間変化率dIc/dtと配線インダクタンス203(インダクタンス値Ls1)により、過渡的にΔV1=Ls1×dIc/dtの電圧が電源201の電圧値Vccに重畳される。このように、過渡状態においては配線インダクタンス203が影響するようになる。コレクタ電流が減少して漏れ電流値まで低下する所定の時間T1を過ぎて時刻t2に達すると、コレクタ−エミッタ間電圧は電源201の電圧値Vccに落ち着き、コレクタ電流も漏れ電流でほぼ一定値となる。
In FIG. 3, as shown in (a), the gate voltage G1 of the
ここで、時刻t1〜時刻t2の間において、(d)で示すように下アームのダイオード2bには上アームの電流が転流して電流が増加すると共に、(e)で示すようにダイオード2bのアノード−カソード間の電圧は低下し、所定の時間T1を過ぎて時刻t2に達すると順方向の降下電圧でほぼ一定となる。
Here, between time t1 and time t2, as shown by (d), the current of the upper arm is commutated to the
このように、上アームのゲート電圧の変化に対応して、下アームのコレクタ端子12bのコレクタ電流が影響を受けるようになる。同様に、下アームのゲート電圧の変化に対応して、上アームのコレクタ端子12aのコレクタ電流も影響を受けるようになる。
Thus, the collector current of the
ここで、時刻t1〜時刻t2の間は、上ゲート端子10aのゲート電圧G1がオンからオフに切り替わる時の「オン−オフ過渡状態」となる。また、時刻t2以降は「オフ定常状態」となる。
Here, during the period from time t1 to time t2, an “on-off transient state” is established when the gate voltage G1 of the
次に、(a)で示すように「オフ定常状態」から時間が経過して、上アームのゲート端子10aのゲート電圧G1が時刻t3でオフからオンに切り替わると、(b)で示すように上アームのコレクタ端子12aのコレクタ電流は増加し始め、Irp(これについては後述)という所定のピーク電流が加算され、所定の時間T2を過ぎた時刻t4でほぼ一定となる。一方、上アームのコレクタ端子12aのコレクタ−エミッタ間電圧は減少し始め、所定の時間T2を過ぎた時刻t4でほぼ0Vとなる。
Next, as shown in (a), when time passes from the "off steady state" and the gate voltage G1 of the
また、時刻t3〜時刻t4の間において、(d)で示すように下アームダイオード2bの電流は減少すると共に、ダイオード2bに蓄積したキャリアによってリカバリ電流Irpを持つピーク電流が発生する。このピーク電流Irpは上アームのコレクタ電流に加算されることになる。
In addition, during the period from time t3 to time t4, the current of the
また、(e)で示すようにダイオード2bのアノード−カソード間電圧は時刻t3から増加し、リカバリ電流の時間的変化率dIrp/dtと配線インダクタンス202(インダクタンス値Ls2)により、過渡的にΔV2=Ls2×dIrp/dtの電圧が電源201の電圧値Vccに重畳される。所定の時間T2を過ぎて時刻t4に達すると、リカバリ電流の時間的変化率dIrp/dtは0となるため、電源201の電圧値Vccでほぼ一定になる。このように時刻t3〜時刻t4の間は、上ゲート端子10aのゲート電圧G1がオフからオンに切り替わる時の「オフ−オン過渡状態」となる。また、時刻t4以降は再び「オン定常状態」となる。
Further, as shown in (e), the voltage between the anode and the cathode of the
このように、上アームにおいては、上ゲート端子10aのゲート電圧G1の変化に対応して、「オン定常状態」、「オン−オフ過渡状態」、「オフ定常状態」及び「「オフ−オン過渡状態」」の4つの状態に分類される。同様に下アームにおいても、下ゲート端子10bのゲート電圧G2の変化に対応して、「オン定常状態」、「オン−オフ過渡状態」、「オフ定常状態」及び「オフ−オン過渡状態」の4つの状態に分類される。
Thus, in the upper arm, "on steady state", "on-off transient state", "off steady state" and "off-on transient" corresponding to the change of the gate voltage G1 of the
そして、これに合せてシミュレーション用回路モデルでは、コレクタ−エミッタ間電圧に関する関数式は、「オン定常電圧関数式」、「オン−オフ過渡電圧関数式」、「オフ定常電圧関数式」及び「オフ−オン過渡電圧関数式」が必要となる。更に、コレクタ電流に関する関数式も、「オン定常電流関数式」、「オン−オフ過渡電流関数式」、「オフ定常電流関数式」及び「オフ−オン過渡電流関数式」が必要となる。 And in accordance with this, in the circuit model for simulation, the functional expressions relating to the collector-emitter voltage are "on steady-state voltage functional equation", "on-off transient voltage functional equation", "off steady-state voltage functional equation" and "off “On transient voltage function expression” is required. Furthermore, the functional expressions for the collector current also require “on steady-state current functional equation”, “on-off transient current function equation”, “off steady-state current equation” and “off-on transient current equation”.
更にこれに加えて、一方のアームのゲート電圧に基づく動作に対応して、他方のアームのダイオードの電流が影響を受けることから、一方のアームのコレクタ電流の関数式の選択においては他方のアームのゲート電圧の情報が必要である。 In addition to this, since the current of the diode of the other arm is affected corresponding to the operation based on the gate voltage of the one arm, the other arm is selected in the functional equation of the collector current of one arm. The information of the gate voltage of
以上の説明を考慮して構成したのが図4に示すシミュレーション用回路モデルである。尚、重要なことは本モデルではIGBT及びダイオードの区別なく一連の関数式でモデル化していることである。このため、後述するフローチャートではIGBT及びダイオードの区別はされておらず、コレクタ−エミッタ間電圧に関する電圧関数式とコレクタ電流に関する電流関数式が選択されるものである。 The circuit model for simulation shown in FIG. 4 is configured in consideration of the above description. What is important is that in this model, modeling is performed using a series of functional equations without distinction between IGBTs and diodes. Therefore, in the flowchart to be described later, no distinction is made between the IGBT and the diode, and a voltage function equation related to the collector-emitter voltage and a current function equation related to the collector current are selected.
図4において、上アームモデル30aには、端子として上アームの第1上ゲート端子20a(いわゆる正規のゲート端子)、第2上ゲート端子21a、上エミッタ端子22a、上コレクタ端子23aが設けられている。また、下アームモデル30bには、端子として下アームの第1下ゲート端子20b(いわゆる正規のゲート端子)、第2下ゲート端子21b、下エミッタ端子22b、下コレクタ端子23bが設けられている。
In FIG. 4, the
ここで、上アームモデル30aの第1上ゲート端子20aは、下アームモデル30bの第2下ゲート端子21bと接続され、上アームモデル30aの第2ゲート端子21aは、下アームモデル30bの第1下ゲート端子20bと接続されている。つまり、それぞれのアームの正規のゲート端子20a、20bに加えて、他方のアームのゲート端子21a、21bが設けられているものである。これによって夫々のアームのコレクタ電流の関数式が選択される構成となっている。
Here, the first
上アームモデル30aにはIGBT1aのコレクタ−エミッタ間電圧に関する関数式が設定されている。この関数式は上述したように、オン定常電圧関数式(Vson=f(t、Vg1))、オン−オフ過渡電圧関数式(Vtron=f(t、Vg1))、オフ定常電圧関数式(Vsoff=f(t、Vg1))及びオフ−オン過渡電圧関数式(Vtroff=f(t、Vg1))である。ここで、tは時間、Vg1は第1上ゲート端子20aのゲート電圧である。
In the
また、上アームモデル30aにはコレクタ電流に関する関数式が設定されている。この関数式は上述したように、オン定常電流関数式(Ison=f(t、Vg2))、オン−オフ過渡電流関数式(Itron=f(t、Vg2))、オフ定常電流関数式(Isoff=f(t、Vg2))及びオフ−オン過渡電流関数式(Itroff=f(t、Vg2))である。ここで、tは時間、Vg2は第2上ゲート端子21a(=第1下ゲート端子20b)のゲート電圧である。
Further, in the
同様に、下アームモデル30bにはコレクタ−エミッタ間電圧に関する関数式が設けられている。この関数式は上述したように、オン定常電圧関数式(Vson=f(t、Vg2))、オン−オフ過渡電圧関数式(Vtron=f(t、Vg2))、オフ定常電圧関数式(Vsoff=f(t、Vg2))及びオフ−オン過渡電圧関数式(Vtroff=f(t、Vg2))である。ここで、tは時間、Vg2は第1下ゲート端子20bのゲート電圧である。
Similarly, the
また、下アームモデル30bにはコレクタ電流に関する関数式が設けられている。この関数式は上述したように、オン定常電流関数式(Ison=f(t、Vg1))、オン−オフ過渡電流関数式(Itron=f(t、Vg1))、オフ定常電流関数式(Isoff=f(t、Vg1))及びオフ−オン過渡電流関数式(Itroff=f(t、Vg1))である。ここで、tは時間、Vg1は第2下ゲート端子21b(=第1上ゲート端子20a)のゲート電圧である。
Further, the
尚、上述したそれぞれの関数式は適宜の方法で求められるものであり、例えば、実際に測定した波形を関数式で近似したものや、デバイスシミュレーションで得られた波形を関数式で近似したものを使用できる。 Each of the functional expressions described above can be obtained by an appropriate method, and for example, one obtained by approximating a waveform actually measured by a functional expression or one obtained by approximating a waveform obtained by device simulation by a functional expression It can be used.
次に、このようなシミュレーション用回路モデルを用いたスイッチング波形の計算方法を説明する。尚、以下の説明では上下アームとも同じ計算を行うので、自アーム及び他アームと表現して説明する。ただし、自アームの正規のゲート電圧は、他アームでは他アームの正規のゲート電圧ではなく、他アームのゲート電圧となるので関数式の選択が異なるものとなる。 Next, a method of calculating a switching waveform using such a simulation circuit model will be described. In the following description, since the same calculation is performed for both the upper and lower arms, it will be described as the own arm and the other arm. However, since the regular gate voltage of the own arm is not the regular gate voltage of the other arm in the other arm but the gate voltage of the other arm, the selection of the functional equation is different.
図5は、自アームの正規のゲート電圧が「オン状態」から「オフ状態」に切り替わる時の自アームの関数式を選択するフローチャートを示している。この場合は、自アームの正規のゲート電圧なのでコレクタ−エミッタ間電圧の関数式が選択される。 FIG. 5 shows a flowchart for selecting a functional expression of the self arm when the normal gate voltage of the self arm is switched from the “on state” to the “off state”. In this case, the functional expression of the collector-emitter voltage is selected because it is the normal gate voltage of its own arm.
≪ステップS10A≫
ステップS10Aにおいては、時刻を0秒にセットして以下の計算を開始すべく、ステップS11Aに移行する。
«Step S10A»
In step S10A, the process proceeds to step S11A in order to set the time to 0 seconds and start the following calculation.
≪ステップS11A≫
ステップS11Aでは自アームのゲート電圧を検出する。この場合は、例えば図4の第1上ゲート端子20aのゲート電圧G1である。ゲート電圧の検出が終了するとステップS12Aに移行する。
«Step S11A»
In step S11A, the gate voltage of its own arm is detected. In this case, for example, it is the gate voltage G1 of the first
≪ステップS12A≫
ステップS12Aでは、自アームのゲート電圧が高い状態から低い状態に変化したかどうかを判断している。つまり、ゲート電圧が「オン状態」を維持しているか或いはオンからオフに切り替わったかどうかを判断している。「オン状態」が継続していると判断されるとステップS13Aに移行し、「オン状態」から「オフ状態」に切り替わったと判断されるとステップS14Aに移行する。
«Step S12A»
In step S12A, it is determined whether the gate voltage of the self arm has changed from a high state to a low state. That is, it is determined whether the gate voltage is maintained in the "on state" or switched from on to off. If it is determined that the "on state" is continuing, the process proceeds to step S13A, and if it is determined that the "on state" is switched to the "off state", the process proceeds to step S14A.
≪ステップS13A≫
ステップS13Aでは、ステップS12Aで「オン状態」が維持されていると判断されているので、オン定常電圧関数式(Vson=f(t、Vg1))がそのまま使用される。
«Step S13A»
In step S13A, since it is determined that the "on state" is maintained in step S12A, the on-state steady-state voltage functional expression (Vson = f (t, Vg1)) is used as it is.
≪ステップS14A≫
ステップS14Aでは、ゲート電圧がオンからオフに切り替わって所定時間(例えば、図3の時間T1)を経過したか、或いは経過の途中かどうかを判断している。例えば、ゲート電圧が所定の閾値を下回る時間を計測し、この時間を設定時間と比較することで判断できる。この判断は「オン−オフ過渡状態」の途中か、或いは「オフ定常状態」に移行したかどうかを判断している。そして、所定時間を経過してなければステップS15Aに移行し、所定時間を経過していればステップS16Aに移行する。尚、本実施例では、この判断にゲート電圧を使用しているが、これ以外にコレクタ電流等の他のパラメータを使用できることは言うまでもなく、以下の実施例でも同様である。
«Step S14A»
In step S14A, it is determined whether or not the gate voltage has been switched from on to off and a predetermined time (for example, time T1 in FIG. 3) has passed or is in the process of passing. For example, it can be determined by measuring the time when the gate voltage falls below a predetermined threshold and comparing this time with the set time. This determination is made during the "on-off transient state" or whether the "off steady state" has been entered. And if predetermined time has not passed, it will transfer to step S15A, and if predetermined time has passed, it will transfer to step S16A. Although the gate voltage is used for this determination in this embodiment, it goes without saying that other parameters such as the collector current can be used besides this, and the same applies to the following embodiments.
≪ステップS15A≫
ステップS15Aでは、ステップS14Aで「オン−オフ過渡状態」であると判断されているので、オン−オフ過渡電圧関数式(Vtron=f(t、Vg1))が選択される。
«Step S15A»
In step S15A, since it is determined in step S14A that the "on-off transient state" is present, the on-off transient voltage functional equation (Vtron = f (t, Vg1)) is selected.
≪ステップS16A≫
一方、ステップS16Aでは、ステップS14Aで「オフ定常状態」であると判断されているので、オフ定常電圧関数式(Vsoff=f(t、Vg1))が選択される。
«Step S16A»
On the other hand, in step S16A, because it is determined in step S14A that the "off steady state" is established, the off steady state voltage functional expression (Vsoff = f (t, Vg1)) is selected.
≪ステップS17A≫
ステップS17Aでは、ステップS13A、ステップS15A及びステップS16Aで選択された関数式に基づき、現時点の時刻t=taでのコレクタ−エミッタ間電圧を計算する。この計算を終了するとステップS18Aに移行する。
«Step S17A»
In step S17A, the collector-emitter voltage at the current time t = ta is calculated based on the functional expressions selected in step S13A, step S15A and step S16A. When this calculation is completed, the process proceeds to step S18A.
≪ステップS18A≫
ステップS18Aでは、次の時刻のコレクタ−エミッタ間電圧を計算するため、次の時刻t=ta+Δtを計算する。この計算が終了するとステップS19Aに移行する。
«Step S18A»
In step S18A, next time t = ta + Δt is calculated to calculate the collector-emitter voltage at the next time. When this calculation is completed, the process proceeds to step S19A.
≪ステップS19A≫
ステップS19Aでは、予め設定した計算終了時刻に達したかどうかを判断している。この計算終了時刻に達していない場合はステップS11Aに戻り、ステップS11A〜ステップS18Aの処理を繰り返し、時間経過毎のコレクタ−エミッタ間電圧を計算する。ステップS19Aで計算終了時刻に達したと判断されるとステップS20Aに移行する。
«Step S19A»
In step S19A, it is determined whether or not a preset calculation end time has been reached. If the calculation end time has not been reached, the process returns to step S11A, and the processes of step S11A to step S18A are repeated to calculate the collector-emitter voltage with each lapse of time. If it is determined in step S19A that the calculation end time has been reached, the process proceeds to step S20A.
≪ステップS20A≫
ステップS20Aでは、すべての計算が終了したとして、この計算フローを終了してエンドに抜けるものである。
«Step S20A»
In step S20A, assuming that all calculations have been completed, this calculation flow is ended and the process ends.
一方、図6は、自アームの正規のゲート電圧ではなく、他アームのゲート電圧が「オン状態」から「オフ状態」に切り替わる時の自アームの関数式を選択するフローチャートを示している。この場合は、他アームのゲート電圧が入力されるのでコレクタ電流の関数式が選択される。 On the other hand, FIG. 6 shows a flowchart for selecting a functional expression of the own arm when the gate voltage of the other arm is switched from the "on state" to the "off state" instead of the regular gate voltage of the own arm. In this case, since the gate voltages of the other arms are input, a functional equation of the collector current is selected.
≪ステップS10B≫
ステップS10Bにおいては、ステップ10Aと同じものであり、時刻を0秒にセットして以下の計算を開始すべく、ステップS11Bに移行する。
«Step S10B»
In step S10B, which is the same as step 10A, the process proceeds to step S11B in order to set the time to 0 seconds and start the following calculation.
≪ステップS11B≫
ステップS11Bでは他アームのゲート電圧を検出する。この場合は、例えば図4の第2上ゲート端子21aのゲート電圧G2である。ゲート電圧の検出が終了するとステップS12Bに移行する。
<< step S11 B >>
In step S11B, gate voltages of the other arms are detected. In this case, for example, it is the gate voltage G2 of the second
≪ステップS12B≫
ステップS12Bでは、他アームのゲート電圧が高い状態から低い状態に変化したかどうかを判断している。つまり、他アームのゲート電圧が「オン状態」を維持しているか或いはオンからオフに切り替わったかどうかを判断している。「オン状態」が継続していると判断されるとステップS13Bに移行し、「オン状態」から「オフ状態」に切り替わったと判断されるとステップS14Bに移行する。
«Step S12B»
In step S12B, it is determined whether the gate voltage of the other arm has changed from the high state to the low state. That is, it is determined whether the gate voltage of the other arm is maintained in the "on state" or switched from on to off. If it is determined that the "on state" is continuing, the process proceeds to step S13B, and if it is determined that the "on state" is switched to the "off state", the process proceeds to step S14B.
≪ステップS13B≫
ステップS13Bでは、ステップS12Bで「オン状態」が維持されていると判断されているので、オン定常電流関数式(Ison=f(t、Vg2))がそのまま使用される。
«Step S13B»
In step S13B, since it is determined in step S12B that the "on state" is maintained, the on steady state current function equation (Ison = f (t, Vg2)) is used as it is.
≪ステップS14B≫
ステップS14Bでは、ステップS14Aと同じやり方でゲート電圧がオンからオフに切り替わって所定時間を経過したか、或いは経過の途中かどうかを判断している。この判断は「オン−オフ過渡状態」の途中か、或いは「オフ定常状態」に移行したかどうかを判断している。そして、所定時間を経過してなければステップS15Bに移行し、所定時間を経過していればステップS16Bに移行する。
«Step S14B»
In step S14B, it is determined whether the gate voltage has been switched from on to off and a predetermined time has passed or is in progress in the same manner as step S14A. This determination is made during the "on-off transient state" or whether the "off steady state" has been entered. And if predetermined time has not passed, it will transfer to step S15B, and if predetermined time has passed, it will transfer to step S16B.
≪ステップS15B≫
ステップS15Bでは、ステップS14Bで「オン−オフ過渡状態」であると判断されているので、オン−オフ過渡電流関数式(Itron=f(t、Vg2))が選択される。
«Step S15B»
In step S15B, since it is determined in step S14B that the "on-off transient state" is present, the on-off transient current function equation (Itron = f (t, Vg2)) is selected.
≪ステップS16B≫
一方、ステップS16Bでは、ステップS14Bで「オフ定常状態」であると判断されているので、オフ定常電流関数式(Isoff=f(t、Vg2))が選択される。
«Step S16B»
On the other hand, in step S16B, because it is determined in step S14B that the “off steady state” is established, the off steady state current function equation (Isoff = f (t, Vg2)) is selected.
≪ステップS17B≫
ステップS17Bでは、ステップS13B、ステップS15B及びステップS16Bで選択された関数に基づき、現時点の時刻t=taでのコレクタ電流を計算する。この計算を終了するとステップS18Bに移行する。
«Step S17B»
In step S17B, the collector current at the current time t = ta is calculated based on the functions selected in step S13B, step S15B and step S16B. When this calculation is completed, the process proceeds to step S18B.
≪ステップS18B≫
ステップS18Bでは、次の時刻のコレクタ電流を計算するため、次の時刻t=ta+Δtを計算する。この計算が終了するとステップS19Bに移行する。
«Step S18B»
In step S18B, next time t = ta + Δt is calculated in order to calculate the collector current at the next time. When this calculation is completed, the process proceeds to step S19B.
≪ステップS19B≫
ステップS19Bでは、予め設定した計算終了時刻に達したかどうかを判断している。この計算終了時刻に達していない場合はステップS11Bに戻り、ステップS11B〜ステップS18Bの処理を繰り返し、時間経過毎のコレクタ電流を計算する。ステップS19Bで計算終了時刻に達したと判断されるとステップS20Bに移行する。
«Step S19B»
In step S19B, it is determined whether or not a preset calculation end time has been reached. If the calculation end time has not been reached, the process returns to step S11B, and the processes of steps S11B to S18B are repeated to calculate the collector current for each elapsed time. If it is determined in step S19B that the calculation end time has been reached, the process proceeds to step S20B.
≪ステップS20B≫
ステップS20Bでは、すべての計算が終了したとして、この計算フローを終了してエンドに抜けるものである。
«Step S20B»
In step S20B, assuming that all calculations have been completed, this calculation flow is ended and the process ends.
尚、図5と図6では、自アームのコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流を計算する場合を説明したが、他アームのコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流を計算する場合は、逆の関係で同様の計算を行うものである。つまり、自アームで図5に示すコレクタ−エミッタ間電圧の計算を行う時は、自アームの正規のゲート電圧が他アームの他のゲート電圧となるので、他アームでは図6のコレクタ電流の計算が行われるものとなる。また、自アームで図6に示すコレクタ電流の計算を行う時は、他アームでは図5のコレクタ−エミッタ間電圧の計算が行われるものとなる。 Although the case of calculating the collector-emitter voltage and the collector current of the own arm has been described in FIGS. 5 and 6, in the case of calculating the collector-emitter voltage and the collector current of the other arm, the opposite relationship is applied. The same calculation is performed. That is, when the collector-emitter voltage shown in FIG. 5 is calculated by the own arm, the normal gate voltage of the own arm is the other gate voltage of the other arm, so the collector current of FIG. Will be done. When the collector current shown in FIG. 6 is calculated by the own arm, the collector-emitter voltage of FIG. 5 is calculated by the other arm.
次に、図7は自アームの正規のゲート電圧が「オフ状態」から「オン状態」に切り替わる時の自アームの関数式を選択するフローチャートを示している。この場合は、自アームのゲート電圧なのでコレクタ−エミッタ間電圧の関数式が選択される。 Next, FIG. 7 shows a flowchart for selecting a functional expression of the own arm when the normal gate voltage of the own arm is switched from the “off state” to the “on state”. In this case, since the gate voltage of its own arm, a functional equation of the collector-emitter voltage is selected.
≪ステップS10C≫
ステップS10Cおいては、ステップS10Aと同様に時刻を0秒にセットして以下の計算を開始すべく、ステップS11Cに移行する。
<< step S10 C >>
In step S10C, as in step S10A, the process proceeds to step S11C in order to set the time to 0 seconds and start the following calculation.
≪ステップS11C≫
ステップS11Cでは自アームのゲート電圧を検出する。この場合は、例えば図4の第1上ゲート端子20aのゲート電圧G1である。ゲート電圧の検出が終了するとステップS12Cに移行する。
<< step S11 C >>
In step S11C, the gate voltage of the self arm is detected. In this case, for example, it is the gate voltage G1 of the first
≪ステップS12C≫
ステップS12Cでは、自アームのゲート電圧が低い状態から高い状態に変化したかどうかを判断している。つまり、ゲート電圧が「オフ状態」を維持しているか或いはオフからオンに切り替わったかどうかを判断している。「オフ状態」が継続していると判断されるとステップS13Cに移行し、オフからオンに切り替わったと判断されるとステップS14Cに移行する。
<< step S12 C >>
In step S12C, it is determined whether the gate voltage of the self arm has changed from a low state to a high state. That is, it is determined whether the gate voltage is maintained in the "off state" or switched from off to on. If it is determined that the "off state" is continuing, the process proceeds to step S13C, and if it is determined that the off state is switched on, the process proceeds to step S14C.
≪ステップS13C≫
ステップS13Cでは、ステップS12Cで「オフ状態」が維持されていると判断されているので、オフ定常電圧関数式(Vsoff=f(t、Vg1))がそのまま使用される。
«Step S13C»
In step S13C, because it is determined that the "off state" is maintained in step S12C, the off steady state voltage functional expression (Vsoff = f (t, Vg1)) is used as it is.
≪ステップS14C≫
ステップS14Cでは、ゲート電圧がオフからオンに切り替わって所定時間(例えば図3の所定時間T2)を経過したか、或いは経過の途中かどうかを判断している。これは例えば、ゲート電圧が所定の閾値を上回る時間を計測し、この時間を設定時間と比較することで判断できる。この判断は「オフ−オン過渡状態」の途中か、或いは「オン定常状態」に移行したかどうかを判断している。そして、所定時間を経過してなければステップS15Cに移行し、所定時間を経過していればステップS16Cに移行する。
«Step S14C»
In step S14C, it is determined whether the gate voltage is switched from off to on and a predetermined time (for example, a predetermined time T2 in FIG. 3) has elapsed or is in the middle of the elapse. This can be determined, for example, by measuring the time when the gate voltage exceeds a predetermined threshold and comparing this time with the set time. This determination is made during the "off-on transient state" or whether the "on steady state" has been entered. And if predetermined time has not passed, it will transfer to step S15 C, and if predetermined time has passed, it will transfer to step S16C.
≪ステップS15C≫
ステップS15Cでは、ステップS14Cで「オフ−オン過渡状態」であると判断されているので、オフ−オン過渡電圧関数式(Vtroff=f(t、Vg1))が選択される。
<< step S15 C >>
In step S15C, since it is determined that the "off-on transient state" is in step S14C, the off-on transient voltage functional equation (Vtroff = f (t, Vg1)) is selected.
≪ステップS16C≫
一方、ステップS16Cでは、ステップS14Cで「オン定常状態」であると判断されているので、オン定常電圧関数式(Vson=f(t、Vg1))が選択される。
«Step S16C»
On the other hand, in step S16C, since it is determined in step S14C that the "on steady state" is established, the on steady state voltage functional expression (Vson = f (t, Vg1)) is selected.
≪ステップS17C≫
ステップS17Cでは、ステップS13C、ステップS15C及びステップS16Cで選択された関数に基づき、現時点の時刻t=taでのコレクタ−エミッタ間電圧を計算する。この計算を終了するとステップS18Cに移行する。
«Step S17C»
In step S17C, the collector-emitter voltage at the current time t = ta is calculated based on the functions selected in step S13C, step S15C and step S16C. When this calculation is completed, the process proceeds to step S18C.
≪ステップS18C≫
ステップS18Cでは、次の時刻のコレクタ−エミッタ間電圧を計算するため、次の時刻t=ta+Δtを計算する。この計算が終了するとステップS19Cに移行する。
«Step S18C»
In step S18C, next time t = ta + Δt is calculated to calculate a collector-emitter voltage at the next time. When this calculation is completed, the process proceeds to step S19C.
≪ステップS19C≫
ステップS19Cでは、予め設定した計算終了時刻に達したかどうかを判断している。この計算終了時刻に達していない場合はステップS11Cに戻り、ステップS11C〜ステップS18Cの処理を繰り返し、時間経過毎のコレクタ−エミッタ間電圧を計算する。ステップS19Cで計算終了時刻に達したと判断されるとステップS20Cに移行する。
«Step S19C»
In step S19C, it is determined whether or not a preset calculation end time has been reached. If the calculation end time has not been reached, the process returns to step S11C, and the processes of steps S11C to S18C are repeated to calculate the collector-emitter voltage every time. If it is determined in step S19C that the calculation end time has been reached, the process proceeds to step S20C.
≪ステップS20C≫
ステップS20Cでは、すべての計算が終了したとして、この計算フローを終了してエンドに抜けるものである。
«Step S20C»
In step S20C, assuming that all calculations have been completed, this calculation flow is ended and the process ends.
一方、図8は自アームの正規のゲート電圧ではなく、他アームのゲート電圧が「オフ状態」から「オン状態」に切り替わる時の自アームの関数式を選択するフローチャートを示している。この場合は、他アームのゲート電圧が入力されるのでコレクタ電流の関数式が選択される。 On the other hand, FIG. 8 shows a flowchart for selecting the functional equation of the own arm when the gate voltage of the other arm is switched from the “off state” to the “on state” instead of the regular gate voltage of the own arm. In this case, since the gate voltages of the other arms are input, a functional equation of the collector current is selected.
≪ステップS10D≫
ステップS10Dにおいては、ステップ10Bと同様に時刻を0秒にセットして以下の計算を開始すべく、ステップS11Dに移行する。
«Step S10D»
In step S10D, the process proceeds to step S11D in order to set the time to 0 second and start the following calculation as in step 10B.
≪ステップS11D≫
ステップS11Dでは他アームのゲート電圧を検出する。この場合は、例えば図4の第2上ゲート端子21aのゲート電圧G2である。ゲート電圧の検出が終了するとステップS12Dに移行する。
<< step S11 D >>
In step S11D, gate voltages of other arms are detected. In this case, for example, it is the gate voltage G2 of the second
≪ステップS12D≫
ステップS12Dでは、他アームのゲート電圧が低い状態から高い状態に変化したかどうかを判断している。つまり、ゲート電圧が「オフ状態」を維持しているか或いはオフからオンに切り替わったかどうかを判断している。「オフ状態」が継続していると判断されるとステップS13Dに移行し、オフからオンに切り替わったと判断されるとステップS14Dに移行する。
<< step S12D >>
In step S12D, it is determined whether the gate voltage of the other arm has changed from the low state to the high state. That is, it is determined whether the gate voltage is maintained in the "off state" or switched from off to on. If it is determined that the "off state" is continuing, the process proceeds to step S13D, and if it is determined that the off state is switched on, the process proceeds to step S14D.
≪ステップS13D≫
ステップS13Dでは、ステップS12Dで「オフ状態」が維持されていると判断されているので、オフ定常電流関数式(Isoff=f(t、Vg2))がそのまま使用される。
«Step S13D»
In step S13D, since it is determined that the "off state" is maintained in step S12D, the off steady state current function equation (Isoff = f (t, Vg2)) is used as it is.
≪ステップS14D≫
ステップS14Dでは、ステップS14Cと同様にゲート電圧がオンからオフに切り替わって所定時間を経過したか、或いは経過の途中かどうかを判断している。この判断は「オフ−オン過渡状態」の途中か、或いは「オン定常状態」に移行したかどうかを判断している。そして、所定時間を経過してなければステップS15Dに移行し、所定時間を経過していればステップS16Dに移行する。
«Step S14D»
In step S14D, as in step S14C, it is determined whether the gate voltage is switched from on to off and a predetermined time has elapsed, or it is in the middle of the elapse. This determination is made during the "off-on transient state" or whether the "on steady state" has been entered. And if predetermined time has not passed, it will transfer to step S15D, and if predetermined time has passed, it will transfer to step S16D.
≪ステップS15D≫
ステップS15Dでは、ステップS14Dで「オフ−オン過渡状態」であると判断されているので、オフ−オン過渡電流関数式(Itroff=f(t、Vg2))が選択される。
<< step S15 D >>
In step S15D, because it is determined that the "off-on transient state" is in step S14D, the off-on transient current function equation (Itroff = f (t, Vg2)) is selected.
≪ステップS16D≫
一方、ステップS16Dでは、ステップS14Dで「オン定常状態」であると判断されているので、オン定常電流関数式(Ison=f(t、Vg2))が選択される。
<< step S16D >>
On the other hand, in step S16D, since it is determined in step S14D that the "on steady state" is present, the on steady state current function equation (Ison = f (t, Vg2)) is selected.
≪ステップS17D≫
ステップS17Dでは、ステップS13D、ステップS15D及びステップS16Dで選択された関数に基づき、現時点の時刻t=taでのコレクタ電流を計算する。この計算を終了するとステップS18Dに移行する。
«Step S17D»
In step S17D, the collector current at the current time t = ta is calculated based on the functions selected in step S13D, step S15D and step S16D. When this calculation is completed, the process proceeds to step S18D.
≪ステップS18D≫
ステップS18Dでは、次の時刻のコレクタ電流を計算するため、次の時刻t=ta+Δtを計算する。この計算が終了するとステップS19Dに移行する。
«Step S18D»
In step S18D, next time t = ta + Δt is calculated to calculate the collector current at the next time. When this calculation is completed, the process proceeds to step S19D.
≪ステップS19D≫
ステップS19Dでは、予め設定した計算終了時刻に達したかどうかを判断している。この計算終了時刻に達していない場合はステップS11Dに戻り、ステップS11D〜ステップS18Dの処理を繰り返し、時間経過毎のコレクタ電流を計算する。ステップS19Dで計算終了時刻に達したと判断されるとステップS20Dに移行する。
«Step S19D»
In step S19D, it is determined whether or not a preset calculation end time has been reached. If the calculation end time has not been reached, the process returns to step S11D, repeats the processes of steps S11D to S18D, and calculates the collector current for each elapsed time. If it is determined in step S19D that the calculation end time has been reached, the process proceeds to step S20D.
≪ステップS20D≫
ステップS20Dでは、すべての計算が終了したとして、この計算フローを終了してエンドに抜けるものである。
<< step S20D >>
In step S20D, assuming that all calculations have been completed, this calculation flow is ended and the process ends.
尚、図5と図6で説明したように、自アームで図7に示すコレクタ−エミッタ間電圧の計算を行う時は、自アームの正規のゲート電圧が他アームの他のゲート電圧となるので、他アームでは図8のコレクタ電流の計算が行われるものとなる。また、自アームで図8に示すコレクタ電流の計算を行う時は、他アームでは図7のコレクタ−エミッタ間電圧の計算が行われるものとなる。 As described in FIG. 5 and FIG. 6, when the collector-emitter voltage shown in FIG. 7 is calculated by the own arm, the normal gate voltage of the own arm is the other gate voltage of the other arm. In the other arm, the calculation of the collector current in FIG. 8 is performed. When the collector current shown in FIG. 8 is calculated by the own arm, the collector-emitter voltage of FIG. 7 is calculated by the other arm.
以上述べた通り、本発明によれば、スイッチング素子とダイオードを並列接続したものを1アームとして2個直列に接続した電子回路をモデル化し、夫々のスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の夫々の波形を関数式で表現すると共に、一方のアーム及び他方のアームのゲート電圧を入力し、このゲート電圧に応じてコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の関数式を選択するようにした。 As described above, according to the present invention, an electronic circuit in which two switching elements and two diodes connected in parallel are connected in series as one arm is modeled, and the collector-emitter voltage and collector current of each switching element are calculated. Each waveform is expressed as a functional expression, and the gate voltage of one arm and the other arm is input, and the functional expression of the collector-emitter voltage and the collector current is selected according to the gate voltage.
これによれば、一方のアームと他方のアームのゲート電圧に応じてスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の関数式を選択することで、コレクタ−エミッタ間電圧及びコレクタ電流の波形を正確に再現することが可能となる。 According to this, the waveform of the collector-emitter voltage and the collector current can be accurately determined by selecting the functional equation of the collector-emitter voltage of the switching element and the collector current according to the gate voltage of one arm and the other arm. It is possible to reproduce in
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.
1a、1b…IGBT、2a、2b…ダイオード、10a、10b…ゲート端子、11a、11b…エミッタ端子、12a、12b…コレクタ端子、20a、20b …シミュレーション用回路モデルの正規のゲート端子 、21a、21b …シミュレーション用回路モデルの他アームのゲート端子 、22a、22b …シミュレーション用回路モデルのエミッタ端子、23a、23b …シミュレーション用回路モデルのコレクタ端子、30a、30b …シミュレーション用回路モデル。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記コンピュータが、
夫々のアームの前記スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧と、前記スイッチング素子及び前記ダイオードの両方に流れる電流を合せたコレクタ電流の夫々の波形を関数式で表現してモデル化し、更に、一方のアームの前記コレクタ−エミッタ間電圧が前記一方のアームのゲート電圧の関数として表され、前記一方のアームの前記コレクタ電流が他方のアームのゲート電圧の関数として表されると共に、
モデル化された前記一方のアームに正規のゲート電圧及び他方のアームのゲート電圧を入力するゲート端子を設け、また、モデル化された前記他方のアームに正規のゲート電圧及び前記一方のゲート電圧を入力するゲート端子を設け、
前記一方のアームの前記正規のゲート端子のゲート電圧の変化に基づき、前記一方のアームの前記スイッチング素子の前記コレクタ−エミッタ間電圧の電圧関数式を選択し、この選択された電圧関数式に基づいて前記スイッチング素子の前記コレクタ−エミッタ間電圧の波形を計算し、
前記一方のアームの前記他方のゲート端子のゲート電圧の変化に基づき、前記一方のアームの前記スイッチング素子の前記コレクタ電流の電流関数式を選択し、この選択された電流関数式に基づいて前記スイッチング素子の前記コレクタ電流の波形を計算する
ことを特徴とする電子回路のシミュレーション用回路モデルのスイッチング波形の計算方法。 In a method, a computer calculates a switching waveform of a circuit model for simulation of an electronic circuit in which upper and lower arms are configured by connecting in series two arms in which a switching element and a diode are connected in parallel,
The computer
The respective waveforms of the collector-emitter voltage of the switching element of each arm and the collector current obtained by combining the current flowing through both the switching element and the diode are represented by functional expressions and modeled, and one arm And the collector-emitter voltage of the one arm is represented as a function of the gate voltage of the one arm, and the collector current of the one arm is represented as a function of the gate voltage of the other arm;
A gate terminal for inputting a regular gate voltage and a gate voltage of the other arm is provided in the modeled one arm, and a regular gate voltage and the one gate voltage are provided in the modeled other arm. Provide a gate terminal to input
Based on a change in gate voltage of the normal gate terminal of the one arm, a voltage functional expression of the collector-emitter voltage of the switching element of the one arm is selected, and based on the selected voltage functional expression Calculating the waveform of the collector-emitter voltage of the switching element;
Based on a change in gate voltage of the other gate terminal of the one arm, a current function expression of the collector current of the switching element of the one arm is selected, and the switching is performed based on the selected current function expression. Calculate the waveform of the collector current of the device
A calculation method of a switching waveform of a circuit model for simulation of an electronic circuit characterized by
前記コンピュータは、The computer is
前記一方のアームの前記正規のゲート端子のゲート電圧の入力状態が切り替わった後の所定時間の間は、前記一方のアームの前記スイッチング素子の前記コレクタ−エミッタ間電圧の過渡状態の電圧関数式を選択し、前記所定時間の経過後は、前記一方のアームの前記スイッチング素子の前記コレクタ−エミッタ間電圧の定常状態の電圧関数式を選択し、これらの電圧関数式に基づいて前記スイッチング素子の前記コレクタ−エミッタ間電圧の波形を計算し、During a predetermined time after the input state of the gate voltage of the normal gate terminal of the one arm is switched, a voltage functional expression of a transient state of the collector-emitter voltage of the switching element of the one arm is obtained. After the lapse of the predetermined time, the steady-state voltage functional equation of the collector-emitter voltage of the switching device of the one arm is selected, and the switching equation of the switching device is selected based on these voltage functional equations. Calculate the waveform of collector-emitter voltage,
前記一方のアームの前記他方のゲート端子のゲート電圧の入力状態が切り替わった後の前記所定時間の間は、前記一方のアームの前記スイッチング素子の前記コレクタ電流の過渡状態の電流関数式を選択し、前記所定時間の経過後は、前記一方のアームの前記スイッチング素子の前記コレクタ電流の定常状態の電流関数式を選択し、これらの電流関数式に基づいて前記スイッチング素子の前記コレクタ電流の波形を計算するDuring the predetermined time after the input state of the gate voltage of the other gate terminal of the one arm is switched, a current function equation of the transient state of the collector current of the switching element of the one arm is selected After the predetermined time has elapsed, a steady-state current function expression of the collector current of the switching element of the one arm is selected, and a waveform of the collector current of the switching element is selected based on these current function expressions. calculate
ことを特徴とする電子回路のシミュレーション用回路モデルのスイッチング波形の計算方法。A calculation method of a switching waveform of a circuit model for simulation of an electronic circuit characterized by
前記コンピュータは、The computer is
前記一方のアームの前記正規のゲート端子に入力されたゲート電圧がオン状態からオフ状態に変化するときはオン−オフ過渡電圧関数式を選択し、ゲート電圧がオフ状態からオン状態に変化するときはオフ−オン過渡電圧関数式を選択し、これらの電圧関数式に基づいて前記スイッチング素子の前記コレクタ−エミッタ間電圧の波形を計算し、When the gate voltage input to the normal gate terminal of the one arm changes from the on state to the off state, the on-off transient voltage function formula is selected, and the gate voltage changes from the off state to the on state Selects the off-on transient voltage function equation and calculates the waveform of the collector-emitter voltage of the switching element based on these voltage function equation,
前記一方のアームの他のゲート端子に入力されたゲート電圧がオン状態からオフ状態に変化するときはオン−オフ過渡電流関数式を選択し、ゲート電圧がオフ状態からオン状態に変化するときはオフ−オン過渡電流関数式を選択し、これらの電流関数式に基づいて前記スイッチング素子の前記コレクタ電流の波形を計算するWhen the gate voltage input to the other gate terminal of one arm changes from the on state to the off state, the on-off transient current function equation is selected, and when the gate voltage changes from the off state to the on state An off-on transient current function equation is selected, and the waveform of the collector current of the switching element is calculated based on these current function equations.
ことを特徴とする電子回路のシミュレーション用回路モデルのスイッチング波形の計算方法。A calculation method of a switching waveform of a circuit model for simulation of an electronic circuit characterized by
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