SiC登場で不可避な電源回路シミュレーション、成功のカギは「正確な実測」：ダブルパルステスターで高精度なデバイスモデルを（5/5 ページ）

SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）を使ったパワーデバイスの実用化に伴い、電源設計においても回路シミュレーションを実施する必要性が高まっている。しかし、「実測値とシミュレーション結果が合わない」というケースが頻発している。なぜ、シミュレーションがうまく行かないのか。その理由と解決策を紹介してきたい。

[武田亮／橋本憲良（キーサイト・テクノロジー），EDN Japan]

高い安全性と測定一貫性を確保

　こうした既存装置の問題は、徐々に解決されつつある。キーサイト・テクノロジーなどの計測機器メーカーがダブルパルステスターを製品化しているためである。こうした計測機器メーカー製のダブルパルステスターの特長は、高い安全性を確保しているのと同時に、高い測定一貫性（再現性）を実現している点にある（図10）。測定条件は、専用のソフトウエアを搭載したPC画面上で設定すれば、テスターが自動的に測定し、測定結果は自動的にPC画面に表示される。

図10：高い安全性を確保

　こうしたダブルテスターはさまざまなユースケースが想定される。1つは、SiC／GaNパワーデバイスの高精度なデバイスモデルを作成して、実測値との整合性が高いシミュレーションを実行するようなケース。ダブルパルステスターで測定したデータから抽出したデバイスモデルパラメーターを使えば、実測結果とシミュレーション結果を高い精度で一致させられるだろう（図11）。

図11：実測値とシミュレーション結果が合うようになる
パワーデバイスのパラメーターを正確に測定し、それをデバイスモデルに入力すれば、高精度なシミュレーションを実行できるようになる。実際に、実測値とシミュレーション結果は、ほぼピッタリと一致するようになる。

　もう1つは、SiC/GaNパワーデバイスの評価用途である。SiC／GaNパワーデバイスの開発、製造を手がける半導体メーカーでの特性評価や、SiC／GaNパワーデバイスを調達して電源回路に組み込む電子機器メーカーでの受け入れテストでも活用できるはずだ。

GaN対応品は2020年後半

　今日、市販されているダブルパルステスターは、最大1200V/200AまでのSiCパワーMOSFETなどの評価に対応している。今後は、対応する電圧／電流の最大値を高まるとともに、GaNパワーデバイスにも対応する見通しだ（図12）。

図12：ダブルパルステスターの製品ロードマップ 出典：キーサイト・テクノロジー
GaNパワーデバイス対応機種は、2020年後半に登場する見込みになっている。

　2020年夏ごろには、SiCパワーMOSFETを搭載したインテリジェント・パワー・モジュール（IPM）などの評価に使える対応電圧／電流を最大1200V／1000Aに高めた機種が製品化される予定である。

　GaNパワーデバイスに対応した機種については、2020年後半にも登場するだろう。GaNパワーデバイスに対応したダブルパルステスターが実用化されれば、SiCパワーMOSFETと同様に、高精度なシミュレーションが可能になる。そうなれば、GaNパワーデバイスを採用した電源回路設計の難易度が大幅に軽減される。GaNパワーデバイスの普及に一役買うはずだ。

【著】
・武田亮（キーサイト・テクノロジー・インターナショナル・ジャパン合同会社オートモーティブ・エナジー・ソリューションプランニング＆R&D）
・橋本憲良（キーサイト・テクノロジー株式会社ソリューションエンジニアリング本部デザインソフトウェアエンジニアリング部）

著者からのお知らせ
　本記事で紹介したダブルパルステスターを、2019年9月18〜20日に名古屋市・ポートメッセなごやで開催される「カーエレクトロニクス技術展」のキーサイトブース（小間番号：7-30）にて展示する予定です。
　展示の詳細については、こちらをご覧ください。