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适用于中高压MOSFET(400V-900V)的高精度SPICE模型

结构和特点

如图1所示,东芝的DTMOS系列采用超结(SJ)结构,漂移层中P层和N层交替排列。东芝开发的SJ结构MOSFET(SJ-MOSFET)专用高精度SPICE模型(G2模型)可表示漏极电流与漏源电压(ID-VDS)特性的大电流区域的饱和特性。还通过使用任意函数再现了图2中所示的取决于MOSFET漏极电压的电容骤变情况。

图1:DTMOS SJ结构的截面(外形图)
图1:DTMOS SJ结构的截面(外形图)
图2:DTMOS SPICE模型示意图(外形图)
图2:DTMOS SPICE模型示意图(外形图)

MOSFET拟合精度

图3通过将我们的SJ-MOSFET产品TK040N65Z的ID-VGS特性和ID-VDS特性的实际测量值与使用我们的SPICE模型的仿真进行比较,显示了再现水平(称为“拟合精度”)。在SJ-MOSFET等高压击穿MOSFET中,由于深且长的漂移层电阻影响,漏极电流(ID)会饱和。在我们的SPICE模型中,这种饱和特性由应用于漏极侧的非线性电阻(RX)表示,因此即使在大电流区域,仿真曲线也能准确显示实际测量结果。

图3:G2模型(ID-VGS和ID-VDS)的实际测量与仿真对比
图3:G2模型(ID-VGS和ID-VDS)的实际测量与仿真对比

图4显示了VDS对输入电容(Ciss)、输出电容(Coss)和反向传输电容(Crss)依赖性的实际测量与仿真的比较。由于SJ结构,SJ-MOSFET的电容特性随着从PN结延伸的耗尽层而迅速变化。另一方面,东芝的SPICE模型可通过栅极-源极(Cgs)、栅极-漏极(Cgd)和漏极-源极(Cds)的非线性电容组合的附加任意函数,显示高精度测量值的非线性度。

图4:G2模型的实际测量与仿真对比(电容特性)
图4:G2模型的实际测量与仿真对比(电容特性)

瞬态特性(电感负载开关操作)拟合精度

图5显示了使用SJ-MOSFET产品TK040N65Z的电感负载开关电路图。图6显示了实际波形与用于上述SJ-MOSFET G2模型时的仿真之间的比较。使用我们的G2模型,可以高精度地表示电容特性的非线性度,我们可以看到非常精确的波形,即VDS的上升以及VDS和ID的振荡,这与dVDS/dt或VGS的振荡相关。我们的SJ-MOSFET专用G2模型是一款能充分验证开关操作等动态特性的SPICE模型。

图5:电感负载开关电路
图5:电感负载开关电路
(a)VGS
(b)VDS
 (c)ID


图6:电感负载开关电路关断波形的实际测量与仿真对比(a)VGS(b)VDS(c)ID

我们的高精度SPICE模型(G2模型)可以再现高精度的实际开关波形。在实际生产之前通过高精度仿真进行电路验证能显著减少电路修改的工作量,有助于缩短开发时间。东芝的高精度SPICE模型(G2模型)能有效地支持您的电路开发和分析工作。

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