JP7068993B2 - シミュレーション回路、および、シミュレーション方法 - Google Patents

Description

本願明細書に開示される技術は、シミュレーション回路、および、シミュレーション方法に関連するものである。

一般に、インバータなどのパワーエレクトロニクス装置の開発においては、まず、回路構成をシミュレーション解析し、その後、試作評価で検証することが行われている。

上記のシミュレーション解析には、たとえば、ＳＰＩＣＥ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）モデルを用いる回路シミュレーションが利用されている。

上記のＳＰＩＣＥモデルは、ダイオード、金属－酸化膜－半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）、または、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＩＧＢＴ）などのパワー半導体デバイスの電気特性を模擬的に算出するモデルである。

電気特性を精度よく模擬するためには、デバイスモデルの物理パラメータを抽出する必要がある。そのため、半導体物理の高度な知識が必要となる。

しかしながら、一般的に回路設計者には半導体物理に関する知識は必要ない場合が多く、半導体物理の知識がなくても、高い精度で物理パラメータを抽出可能な方法が必要である。このような課題を解決するための方法として、たとえば、特許文献１に記載されたような方法が知られている。

特開２０１０－２１１３８７号公報

ところで、パワートランジスタのスイッチング動作には、パワートランジスタの入力容量および帰還容量が大きく影響する。なぜなら、パワートランジスタのスイッチングオン動作（ターンオン動作）では、パワートランジスタのゲート電極に電荷が蓄積される過程を経てパワートランジスタがオフ状態からオン状態へと切り替わるため、電荷の蓄積量を決める容量値が、パワートランジスタの動作速度に影響を与えるためである。なお、パワートランジスタのスイッチングオフ動作（ターンオフ動作）では、ゲート電極に蓄積された電荷が放電する過程を経てパワートランジスタがオン状態からオフ状態へと切り替わる。

そのため、パワートランジスタのスイッチング動作をシミュレーションする場合には、パワートランジスタの入力容量および帰還容量を実測値に高い精度で合わせ込む必要がある。

パワートランジスタの入力容量および帰還容量の実測値への合わせ込みを高い精度で行うため、たとえば特許文献１では、パワートランジスタのターンオフ動作の際のドレイン－ゲート間の電圧Ｖ_ｄｇの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ｄｇを、トランジスタのゲート－ドレイン端子と並列に接続して、シミュレーションの容量値を実測値に近づけることによって、上記の合わせ込みを行っている。

しかしながら、上記の方法には以下のような問題がある。すなわち、外付け可変容量Ｃ_ｄｇを用いる補正によって、ターンオフ動作の特性（具体的には、ターンオフ動作の際の電圧値、電流値およびそれらの変化の速さなど）を調整することが可能となるが、外付け可変容量Ｃ_ｄｇを用いる補正によって、意図せずにターンオン動作の特性（具体的には、ターンオン動作の際の電圧値、電流値およびそれらの変化の速さなど）も変化してしまう場合がある。

本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、トランジスタの特性を評価するシミュレーションにおいて、トランジスタのターンオン動作とターンオフ動作とを互いに独立に調整するための技術を提供することを目的とするものである。

本願明細書に開示される技術の第１の態様は、トランジスタの特性を評価するシミュレーションのためのシミュレーション回路であり、前記トランジスタのゲート端子に電圧を印加するゲート電源と、前記ゲート端子と前記ゲート電源との間に接続される第１のダイオードと、前記第１のダイオードと逆並列に接続される第２のダイオードとを備え、前記第１のダイオードの容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流に基づいて定められる。

本願明細書に開示される技術の第１の態様によれば、トランジスタのゲート端子とゲート電源との間に逆並列の第１のダイオードおよび第２のダイオードを配置することによって、ターンオン動作の際およびターンオフ動作の際それぞれにおいて、異なる経路で充電と放電とがなされる。よって、トランジスタのターンオン動作とターンオフ動作とを互いに独立に調整することができる。

また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。

実施の形態に関連する、パワートランジスタのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。 実施の形態に関連する、ＩＧＢＴのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。 図２に例が示されたＩＧＢＴを用いてスイッチング動作（ターンオフ動作）の特性をシミュレーションした場合の結果を示す図である。 図２に例が示されたＩＧＢＴを用いてスイッチング動作（ターンオン動作）の特性をシミュレーションした場合の結果を示す図である。 実施の形態の、ＩＧＢＴのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。 ＩＧＢＴのターンオン動作の際の電流値とダイオードの容量との相関関係を示す図である。 ＩＧＢＴのターンオフ動作の際の電流値とダイオードの容量との相関関係を示す図である。 ＩＧＢＴのターンオン動作の際の温度とダイオードの容量との相関関係を示す図である。 ＩＧＢＴのターンオフ動作の際の温度とダイオードの容量との相関関係を示す図である。 式（１）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード６のみに組み込んだ場合のターンオフ動作の特性を示す図である。 式（１）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード６のみに組み込んだ場合のターンオン動作の特性を示す図である。 式（２）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード９のみに組み込んだ場合のターンオフ動作の特性を示す図である。 式（２）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード９のみに組み込んだ場合のターンオン動作の特性を示す図である。 実施の形態の、ＩＧＢＴのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。そして、それぞれの実施の形態によって生じる効果の例については、すべての実施の形態の説明の後でまとめて記述する。

なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。

また、以下に記載される説明において、「第１の」、または、「第２の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。

＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態のシミュレーション回路、および、シミュレーション方法について説明する。説明の便宜上、まず、本実施の形態に関連するトランジスタとしてのパワートランジスタのスイッチング動作について説明する。

図１は、本実施の形態に関連する、パワートランジスタのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。ここで、シミュレーション回路とは、シミュレーションに用いられる仮想的な回路である。当該シミュレーション回路は、たとえば、コンピュータに入力され、さらに、シミュレーターにおいて表示などがなされるものである。図１に例が示されるように、パワートランジスタは、ドレイン－ゲート間の電圧Ｖ_ｄｇの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ｄｇを、トランジスタのゲート－ドレイン端子と並列に接続している。また、パワートランジスタは、ゲート－ソース間の電圧Ｖ_ｇｓの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ｇｓを、トランジスタのゲート－ソース端子と並列に接続している。また、パワートランジスタは、ドレイン－ソース間の電圧Ｖ_ｄｓの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ｄｓを、トランジスタのドレイン－ソース端子と並列に接続している。

図１に例が示されるように、パワートランジスタの入力容量および帰還容量の実測値への合わせ込みを高い精度で行うため、パワートランジスタのターンオフ動作の際のドレイン－ゲート間の電圧Ｖ_ｄｇの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ｄｇを、トランジスタのゲート－ドレイン端子と並列に接続する。そして、シミュレーションの容量値を実測値に近づけることによって、上記の合わせ込みを行う。

しかしながら、外付け可変容量Ｃ_ｄｇを用いる補正によって、ターンオフ動作の特性を調整することが可能となるが、外付け可変容量Ｃ_ｄｇを用いる補正によって、意図せずにターンオン動作の特性も変化してしまう場合がある。

図２は、本実施の形態に関連する、ＩＧＢＴのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。図２に例が示されるように、ＩＧＢＴは、ゲート－コレクタ間の電圧Ｖ_ＧＣの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ＧＣを、トランジスタのゲート－コレクタ端子と並列に接続している。また、ＩＧＢＴは、ゲート－エミッタ間の電圧Ｖ_ＧＥの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ＧＥを、トランジスタのゲート－エミッタ端子と並列に接続している。また、ＩＧＢＴは、コレクタ－エミッタ間の電圧Ｖ_ＣＥの時間変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ＣＥを、トランジスタのコレクタ－エミッタ端子と並列に接続している。

また、図３は、図２に例が示されたＩＧＢＴを用いてスイッチング動作（ターンオフ動作）の特性をシミュレーションした場合の結果を示す図である。図３において、縦軸が電圧Ｖ_ＧＥ［Ｖ］、電圧Ｖ_ＣＥ［Ｖ］、ＩＧＢＴに流れる電流Ｉ_Ｃ［Ａ］を示し、横軸が時間［μｓ］を示す。

また、図３において、実線で示される波形は、外付け可変容量Ｃ_ＧＣを０とした場合に対応し、点線で示される波形は、外付け可変容量Ｃ_ＧＣを５０ｎＦとした場合に対応する。

また、図４は、図２に例が示されたＩＧＢＴを用いてスイッチング動作（ターンオン動作）の特性をシミュレーションした場合の結果を示す図である。図４において、縦軸が電圧Ｖ_ＧＥ［Ｖ］、電圧Ｖ_ＣＥ［Ｖ］、電流Ｉ_Ｃ［Ａ］を示し、横軸が時間［μｓ］を示す。

また、図４において、実線で示される波形は、外付け可変容量Ｃ_ＧＣを０とした場合に対応し、点線で示される波形は、外付け可変容量Ｃ_ＧＣを５０ｎＦとした場合に対応する。

図３および図４を参照すると、ゲート－コレクタ間の外付け可変容量Ｃ_ＧＣの値を変えることによって、図３に示されるように、ターンオフ動作の特性を調整することができる。しかしながら、同時に、図４に示されるように、意図しないターンオン動作の特性変化が生じてしまっている。

スイッチング動作の特性はゲート電極への電荷の蓄積時間および放電時間によって決まるため、ドレイン－ゲート間（ゲート－コレクタ間）の電圧Ｖ_ｄｇの変化に追従する外付け可変容量Ｃ_ｄｇ（外付け可変容量Ｃ_ＧＣ）によって調整する方法では、スイッチング動作を高い精度で模擬することは難しい。

＜シミュレーション回路について＞
図５は、本実施の形態の、ＩＧＢＴのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。図５に例が示されるように、本実施の形態のＩＧＢＴ１は、ゲート端子Ｇと、エミッタ端子Ｅと、コレクタ端子Ｃとを有する。

ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間には、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇに電圧を印加するゲート電源５と、ダイオード６と、ゲート抵抗７と、ゲート抵抗８と、ダイオード９とが接続されている。

ゲート電源５は、ＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅと、ダイオード６のアノード端子とに接続されている。また、ゲート抵抗７は、ダイオード６のカソード端子と、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとに接続されている。

また、ゲート抵抗８は、ゲート電源５と、ダイオード９のカソード端子とに接続されている。また、ダイオード９のアノード端子は、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇに接続されている。

ここで、ダイオード６とゲート抵抗７とは直列に接続されている。また、ゲート抵抗８とダイオード９とは直列に接続されている。また、ダイオード６およびゲート抵抗７と、ゲート抵抗８およびダイオード９とは、逆並列に接続されている。

ダイオード６の容量およびダイオード９の容量は、ＩＧＢＴ１のスイッチング動作の際にコレクタ－エミッタ間を流れる電流と、ＩＧＢＴ１の動作の際の温度とに依存性を有する。

また、ダイオード６の容量とダイオード９の容量とは、互いに独立に変更可能である。

また、ＩＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間には、ダイオード２と、負荷インダクタンス３と、高圧電源４とが接続されている。

ダイオード２のアノード端子は、ＩＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃに接続されている。また、ダイオード２のカソード端子は、高圧電源４に接続されている。

また、負荷インダクタンス３は、ダイオード２と並列に接続されている。また、高圧電源４は、ＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅに接続されている。

＜シミュレーション方法について＞
次に、図５に例が示されるスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路における、ＩＧＢＴ１のターンオン動作およびターンオフ動作について説明する。

まず、ＩＧＢＴ１のターンオン動作では、ゲート電源５がオン状態となり、電荷がダイオード６およびゲート抵抗７を経由する経路でＩＧＢＴ１のゲート電極へ蓄積される。

ＩＧＢＴ１のゲート電極への電荷の蓄積が開始されると、ある時間でＩＧＢＴ１のコレクタ－エミッタ間が導通状態（オン状態）となる。そして、ＩＧＢＴ１が導通状態に切り替わるまでの時間は、ＩＧＢＴ１のゲート容量とダイオード６の容量とに依存する。

続いて、ＩＧＢＴ１のターンオフ動作では、ゲート電源５がオフ状態となり、ＩＧＢＴ１のゲート電極に蓄積されている電荷が、ダイオード９およびゲート抵抗８を経由する経路で放電し始める。

そして、ある時間になるとＩＧＢＴ１のコレクタ－エミッタ間が遮断状態（オフ状態）となる。そして、ＩＧＢＴ１が遮断状態に切り替わるまでの時間は、ＩＧＢＴ１のゲート容量とダイオード９の容量とに依存する。

つまり、ターンオン動作の際にはダイオード６の容量を調整用パラメータとして用い、ターンオフ動作の際にはダイオード９の容量を調整用パラメータとして用いることができる。そのため、ターンオン動作とターンオフ動作とをそれぞれ個別に調整することが可能となる。

ダイオード６の容量の変化に起因してターンオン動作の特性が変化し、ダイオード９の容量の変化に起因してターンオフ動作の特性が変化する。そのため、実際のデバイスの動作の際の電流の変化または温度の変化に追従する可変容量モデルを、スイッチングシミュレーションに取り入れる必要がある。

発明者は、図６から図９に例が示されるように、ＩＧＢＴの動作の際の電流および温度と、実測波形と一致する容量との関係を見出した。そして、以下の式（１）および式（２）に示す電流と温度との関数で定義されるモデルを考案した。なお、式（１）のＣ_{ｄｉ（ｏｎ）}は、ターンオン動作の特性を変化させる容量であり、式（２）のＣ_{ｄｉ（ｏｆｆ）}は、ターンオフ動作の特性を変化させる容量である。

ここで、Ｊ_ｃはＩＧＢＴの動作の際の電流密度を示し、ＴはＩＧＢＴの動作の際の温度を示し、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥはそれぞれ定数を示す。

なお、図６は、ＩＧＢＴのターンオン動作の際の電流値とダイオード６の容量との相関関係を示す図である。図６において、縦軸がダイオード６の容量［Ｆ］を示し、横軸がＩＧＢＴのターンオン動作の際の電流密度［Ａ／ｃｍ^２］を示す。図６に示されるように、ＩＧＢＴのターンオン動作の際の電流値とダイオード６の容量とは、一定の相関を有する。

また、図７は、ＩＧＢＴのターンオフ動作の際の電流値とダイオード９の容量との相関関係を示す図である。図７において、縦軸がダイオード９の容量［Ｆ］を示し、横軸がＩＧＢＴのターンオフ動作の際の電流密度［Ａ／ｃｍ^２］を示す。図７に示されるように、ＩＧＢＴのターンオフ動作の際の電流値とダイオード９の容量とは、一定の相関を有する。

また、図８は、ＩＧＢＴのターンオン動作の際の温度とダイオード６の容量との相関関係を示す図である。図８において、縦軸がダイオード６の容量［Ｆ］を示し、横軸がＩＧＢＴのターンオン動作の際の温度［℃］を示す。図８に示されるように、ＩＧＢＴのターンオン動作の際の温度の変化に対し、実測値と一致するダイオード６の容量は略一定である。

また、図９は、ＩＧＢＴのターンオフ動作の際の温度とダイオード９の容量との相関関係を示す図である。図９において、縦軸がダイオード９の容量［Ｆ］を示し、横軸がＩＧＢＴのターンオフ動作の際の温度［℃］を示す。図９に示されるように、ＩＧＢＴのターンオフ動作の際の温度とダイオード９の容量とは、一定の相関を有する。

そして、図１０は、上記の式（１）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード６のみに組み込んだ場合のターンオフ動作の特性を示す図である。図１０において、縦軸がゲート－エミッタ間の電圧Ｖ_ＧＥ［Ｖ］、コレクタ－エミッタ間の電圧Ｖ_ＣＥ［Ｖ］、ＩＧＢＴに流れる電流Ｉ_Ｃ［Ａ］を示し、横軸が時間［μｓ］を示す。

また、図１０において、実線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用しない場合に対応し、点線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用した場合に対応する。なお、図１０においては、実線で示される波形と点線で示される波形とはほぼ重なっている。

また、図１１は、上記の式（１）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード６のみに組み込んだ場合のターンオン動作の特性を示す図である。図１１において、縦軸が電圧Ｖ_ＧＥ［Ｖ］、電圧Ｖ_ＣＥ［Ｖ］、電流Ｉ_Ｃ［Ａ］を示し、横軸が時間［μｓ］を示す。

また、図１１において、実線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用しない場合に対応し、点線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用した場合に対応する。

また、図１２は、上記の式（２）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード９のみに組み込んだ場合のターンオフ動作の特性を示す図である。図１２において、縦軸が電圧Ｖ_ＧＥ［Ｖ］、電圧Ｖ_ＣＥ［Ｖ］、電流Ｉ_Ｃ［Ａ］を示し、横軸が時間［μｓ］を示す。

また、図１２において、実線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用しない場合に対応し、点線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用した場合に対応する。

また、図１３は、上記の式（２）で示されるダイオードの容量モデルをダイオード９のみに組み込んだ場合のターンオン動作の特性を示す図である。図１３において、縦軸が電圧Ｖ_ＧＥ［Ｖ］、電圧Ｖ_ＣＥ［Ｖ］、電流Ｉ_Ｃ［Ａ］を示し、横軸が時間［μｓ］を示す。

また、図１３において、実線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用しない場合に対応し、点線で示される波形は、上記の式（１）の容量モデルを適用した場合に対応する。なお、図１３においては、実線で示される波形と点線で示される波形とはほぼ重なっている。

ダイオードの容量モデルをダイオード６のみに組み込んだ場合に対応する図１０および図１１を参照すると、式（１）の容量モデルを適用した点線の波形は、図１１におけるターンオン動作の特性のみが変化している。

また、ダイオードの容量モデルをダイオード９のみに組み込んだ場合に対応する図１２および図１３を参照すると、式（１）の容量モデルを適用した点線の波形は、図１１におけるターンオフ動作の特性のみが変化している。

すなわち、本実施の形態によれば、ダイオード６の容量を変えることによって、ターンオフ動作の特性に影響を与えずにターンオン動作の特性を調整することができ、かつ、ダイオード９の容量を変えることによって、ターンオン動作の特性に影響を与えずにターンオフ動作の特性を調整することができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態のシミュレーション回路について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。

＜シミュレーション回路の構成について＞
図１４は、本実施の形態の、ＩＧＢＴのスイッチングシミュレーションに用いるシミュレーション回路の回路図である。図１４に例が示されるように、本実施の形態のＩＧＢＴ１は、ゲート端子Ｇと、エミッタ端子Ｅと、コレクタ端子Ｃとを有する。

ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間には、ゲート電源５と、ダイオード６と、ゲート抵抗７と、ゲート抵抗８と、ダイオード９とが接続されている。

また、ＩＧＢＴ１のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間には、ダイオード２と、負荷インダクタンス３と、高圧電源４とが接続されている。

また、図１４に例が示された構成では、図５に示された構成に加えて、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとコレクタ端子Ｃとの間に可変容量Ｃ_ＧＣ１０が設けられ、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとエミッタ端子Ｅとの間に可変容量Ｃ_ＧＥ１１が設けられる。なお、可変容量Ｃ_ＧＥ１１は、ゲート電源５、ダイオード６、ゲート抵抗７、ゲート抵抗８およびダイオード９と並列に接続されている。

可変容量Ｃ_ＧＣ１０および可変容量Ｃ_ＧＥ１１はそれぞれ、ＩＧＢＴ１のスイッチング動作の際のコレクタ－エミッタ間に流れる電流の関数として、以下の式（３）および式（４）のように示される。

ここで、Ｊ_ｃはＩＧＢＴの動作の際の電流密度を示し、Ｆ、Ｇ、ＨおよびＩはそれぞれ定数を示す。

式（３）で定義された容量値と式（２）で定義された容量値とを合成し、式（４）で定義された容量値と式（１）で定義された容量値とを合成することによって、ターンオン動作の特性の微調整、および、ターンオフ動作の特性の微調整がともに可能となる。

＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。

また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。

以上に記載された実施の形態によれば、トランジスタの特性を評価するシミュレーションのためのシミュレーション回路は、ゲート電源５と、第１のダイオードと、第２のダイオードとを備える。ここで、トランジスタは、たとえば、ＩＧＢＴ１に対応するものである。また、第１のダイオードは、たとえば、ダイオード６に対応するものである。また、第２のダイオードは、たとえば、ダイオード９に対応するものである。そして、ゲート電源５は、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇに電圧を印加する。また、ダイオード６は、ゲート端子Ｇとゲート電源５との間に接続される。また、ダイオード９は、ダイオード６と逆並列に接続される。

このような構成によれば、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとゲート電源５との間に逆並列のダイオード６およびダイオード９を配置することによって、ＩＧＢＴ１のターンオン動作の際には、ゲート電源５側にアノード端子が接続されているダイオード６を介してＩＧＢＴ１のゲート電極に電荷が蓄積され、また、ＩＧＢＴ１のターンオフ動作の際には、ゲート電源５側にカソード端子が接続されているダイオード９を介してＩＧＢＴ１のゲート電極に蓄積された電荷が放電する。すなわち、ターンオン動作の際およびターンオフ動作の際それぞれにおいて、異なる経路で充電と放電とがなされる。よって、ダイオード６の容量を変えることによって、ターンオフ動作の特性に影響を与えずにターンオン動作の特性を調整することができ、かつ、ダイオード９の容量を変えることによって、ターンオン動作の特性に影響を与えずにターンオフ動作の特性を調整することができる。

なお、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、ダイオード６の容量とダイオード９の容量とは、互いに独立に変更可能である。このような構成によれば、ダイオード６の容量を変えることによって、ターンオフ動作の特性に影響を与えずにターンオン動作の特性を調整することができ、かつ、ダイオード９の容量を変えることによって、ターンオン動作の特性に影響を与えずにターンオフ動作の特性を調整することができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、ダイオード６の容量は、ＩＧＢＴ１が動作する際にＩＧＢＴ１に流れる電流に基づいて定められる。このような構成によれば、ダイオード６の容量をトランジスタの動作の際の電流に追従させることができるため、実際のトランジスタのスイッチング動作の特性に高い精度で一致するスイッチングシミュレーションを行うことができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、ダイオード９の容量は、ＩＧＢＴ１が動作する際にＩＧＢＴ１に流れる電流およびＩＧＢＴ１が動作する際のＩＧＢＴ１の温度に基づいて定められる。このような構成によれば、ダイオード９の容量をトランジスタの動作の際の電流およびトランジスタが動作する際のトランジスタの温度に追従させることができるため、実際のトランジスタのスイッチング動作の特性に高い精度で一致するスイッチングシミュレーションを行うことができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、シミュレーション回路は、第１の可変容量と、第２の可変容量とを備える。ここで、第１の可変容量は、たとえば、可変容量Ｃ_ＧＣ１０に対応するものである。また、第２の可変容量は、たとえば、可変容量Ｃ_ＧＥ１１に対応するものである。そして、可変容量Ｃ_ＧＣ１０は、ＩＧＢＴ１のゲート端子とコレクタ端子との間に接続される。また、可変容量Ｃ_ＧＥ１１は、ＩＧＢＴ１のゲート端子とエミッタ端子との間に接続される。このような構成によれば、可変容量Ｃ_ＧＣ１０および可変容量Ｃ_ＧＥ１１を用いることによって、ターンオン動作の特性の微調整、および、ターンオフ動作の特性の微調整がともに可能となる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、可変容量Ｃ_ＧＣ１０の容量は、ＩＧＢＴ１が動作する際にＩＧＢＴ１に流れる電流に基づいて定められる。このような構成によれば、可変容量Ｃ_ＧＣ１０の容量をトランジスタの動作の際の電流に追従させることができるため、実際のトランジスタのスイッチング動作の特性に高い精度で一致するスイッチングシミュレーションを行うことができる。

また、以上に記載された実施の形態によれば、可変容量Ｃ_ＧＥ１１の容量は、ＩＧＢＴ１が動作する際にＩＧＢＴ１に流れる電流に基づいて定められる。このような構成によれば、可変容量Ｃ_ＧＥ１１の容量をトランジスタの動作の際の電流に追従させることができるため、実際のトランジスタのスイッチング動作の特性に高い精度で一致するスイッチングシミュレーションを行うことができる。

以上に記載された実施の形態によれば、ＩＧＢＴ１の特性を評価するシミュレーション方法において、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇに電圧を印加するゲート電源５と、ゲート端子Ｇとゲート電源５との間に接続されるダイオード６と、ダイオード６と逆並列に接続されるダイオード９とを備えるシミュレーション回路を用いて、ＩＧＢＴ１の特性を評価する。

このような構成によれば、ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇとゲート電源５との間に逆並列のダイオード６およびダイオード９を配置することによって、ＩＧＢＴ１のターンオン動作の際には、ゲート電源５側にアノード端子が接続されているダイオード６を介してＩＧＢＴ１のゲート電極に電荷が蓄積され、また、ＩＧＢＴ１のターンオフ動作の際には、ゲート電源５側にカソード端子が接続されているダイオード９を介してＩＧＢＴ１のゲート電極に蓄積された電荷が放電する。すなわち、ターンオン動作の際およびターンオフ動作の際それぞれにおいて、異なる経路で充電と放電とがなされる。よって、ダイオード６の容量を変えることによって、ターンオフ動作の特性に影響を与えずにターンオン動作の特性を調整することができ、かつ、ダイオード９の容量を変えることによって、ターンオン動作の特性に影響を与えずにターンオフ動作の特性を調整することができる。

なお、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。

また、特段の制限がない場合には、それぞれの処理が行われる順序は変更することができる。

＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、駆動用のトランジスタとして、ＩＧＢＴが例として示されたが、このトランジスタは、たとえば、駆動用のトランジスタとして、ＭＯＳＦＥＴを用いることも可能である。

以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。

したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。

さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。

また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。

また、本願明細書における説明は、本技術に関連するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。

１ ＩＧＢＴ、２，６，９ ダイオード、３ 負荷インダクタンス、４ 高圧電源、５ ゲート電源、７，８ ゲート抵抗、１０ 可変容量Ｃ_ＧＣ、１１ 可変容量Ｃ_ＧＥ。

Claims (8)

1. トランジスタの特性を評価するシミュレーションのためのシミュレーション回路であり、
   前記トランジスタのゲート端子に電圧を印加するゲート電源と、
   前記ゲート端子と前記ゲート電源との間に接続される第１のダイオードと、
   前記第１のダイオードと逆並列に接続される第２のダイオードとを備え、
   前記第１のダイオードの容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流に基づいて定められる、
   シミュレーション回路。
2. トランジスタの特性を評価するシミュレーションのためのシミュレーション回路であり、
   前記トランジスタのゲート端子に電圧を印加するゲート電源と、
   前記ゲート端子と前記ゲート電源との間に接続される第１のダイオードと、
   前記第１のダイオードと逆並列に接続される第２のダイオードとを備え、
   前記第２のダイオードの容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流および前記トランジスタが動作する際の前記トランジスタの温度に基づいて定められる、
   シミュレーション回路。
3. 前記第１のダイオードの容量と前記第２のダイオードの容量とは、互いに独立に変更可能である、
   請求項１または請求項２に記載のシミュレーション回路。
4. 前記トランジスタのゲート端子とコレクタ端子との間に接続される第１の可変容量と、
   前記トランジスタのゲート端子とエミッタ端子との間に接続される第２の可変容量とをさらに備える、
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のシミュレーション回路。
5. 前記第１の可変容量の容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流に基づいて定められる、
   請求項４に記載のシミュレーション回路。
6. 前記第２の可変容量の容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流に基づいて定められる、
   請求項４または請求項５に記載のシミュレーション回路。
7. トランジスタの特性を評価するシミュレーション方法であり、
   前記トランジスタのゲート端子に電圧を印加するゲート電源と、前記ゲート端子と前記ゲート電源との間に接続される第１のダイオードと、前記第１のダイオードと逆並列に接続される第２のダイオードとを備えるシミュレーション回路を用いて、前記トランジスタの特性を評価し、
   前記第１のダイオードの容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流に基づいて定められる、
   シミュレーション方法。
8. トランジスタの特性を評価するシミュレーション方法であり、
   前記トランジスタのゲート端子に電圧を印加するゲート電源と、前記ゲート端子と前記ゲート電源との間に接続される第１のダイオードと、前記第１のダイオードと逆並列に接続される第２のダイオードとを備えるシミュレーション回路を用いて、前記トランジスタの特性を評価し、
   前記第２のダイオードの容量は、前記トランジスタが動作する際に前記トランジスタに流れる電流および前記トランジスタが動作する際の前記トランジスタの温度に基づいて定められる、
   シミュレーション方法。

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