SiCパワーMOSFETのスイッチング特性、大電流／高電圧領域の測定で解析精度が向上：SiC採用のための電源回路シミュレーション（2）（3/4 ページ）

SiCパワーMOSFETのデバイスモデルの精度向上には、「大電流／高電圧領域のId-Vd特性」および「オン抵抗の温度依存性」を考慮しデバイスモデルに反映させることも重要となる。今回はこの2点に関する解説を行う。

[谷川博章／橋本憲良（キーサイト・テクノロジー），EDN Japan]

スイッチング波形を高精度に解析

　実際に、PD1500Aを使ってSiCパワーMOSFETのドレイン電圧が高い領域のI_d-V_d特性を測定した結果が図2である。測定結果が得られれば、これを使ってSiCパワーMOSFETのデバイスモデルのパラメータを最適化することができる（図4）

図4：大電流・高電圧のI_d-V_d特性を使ってパラメータを調整
大電流／高電圧領域のI_d-V_d特性を測定できるようになったため、その結果を用いてデバイスモデルのパラメータを最適化することが可能になった。このためデバイスモデルの精度が格段に向上した。［クリックで拡大］ 出所：キーサイト・テクノロジー

　このデバイスモデルを適用した回路シミュレーションで求めたスイッチング軌跡が図5である。いままでは、スイッチング軌跡の測定結果とシミュレーション結果にかなり大きな乖離があったが、図5では両者がほぼ一致する結果が得られた。SiCパワーMOSFETのデバイスモデルの精度が大幅に向上したといえるだろう。

図5：スイッチング軌跡の測定結果とシミュレーション結果が一致
大電流／高電圧領域のI_d-V_d特性の測定結果を使ってデバイスモデルを最適化したため、スイッチング軌跡の測定結果とシミュレーション結果が一致するようになった。［クリックで拡大］ 出所：キーサイト・テクノロジー

　次に、このデバイスモデルを使ってSiCパワーMOSFETを採用した電源回路のスイッチング特性を解析した（図6）。スイッチング時の電圧波形と電流波形のどちらも、立ち上がり／立ち下がりのタイミングや、波形の傾きなどが測定値とほぼ一致している。この結果であれば、電力損失をかなり正確に見積もることができ、変換効率を高い精度で計算できるようになる。これだけ高い解析精度が得られれば、SiCパワーMOSFETを採用した電源回路の設計に回路シミュレーションを有効活用できるだろう。

図6：スイッチング波形のシミュレーション値と測定値も一致
大電流／高電圧領域のI_d-V_d特性の測定結果を使ってデバイスモデルを最適化したため、スイッチング波形の測定結果とシミュレーション結果も合うようになった。これでシミュレーションの段階で、電力損失や変換効率を正確に見積もれる。［クリックで拡大］ 出所：キーサイト・テクノロジー