電気通信大学　VBセミナー　回路シミュレータの活用方法

回路シミュレータの活用方法
2016年12月15日
マルツエレック株式会社
1.回路解析シミュレーションを活用する利点
2.LTspiceの概要
3.シミュレーションの事例
3.1 電源回路
3.1.1 FCC(Forward Coupling Converter)
3.1.2 FPGA電源
3.1.3 電流臨界モード方式PFC制御回路
3.2 D級アンプ
3.3 モータドライブ制御回路
3.3.1 ステッピングモータ制御回路
3.3.2 DCモータ制御回路
VBセミナー2016【技術編】
Copyright (C) Marutsuelec 2016 1

①回路実験では観察しにくい電流波形が簡単に見える
回路実験で電流波形を観察するためには、電流プローブが必要である。
回路実験の対象基板が面実装で構成されており、電流プローブがほとんど、
つかめない。
大電流を観察する電流プローブは高価であり、保有するのが大変である。
小電流(uA)を観察したいが、電流プローブが対応していない。
電流波形を観察するのは大変なこと
②損失計算も1クリック
③ノイズ現象も見れる

コイルの電流波形も1クリック表示
部品の上で電流プローブを表示させてクリックするだけ

シミュレーション結果より、コイルに8[A]も流れることが判明。コイルには、
直流重畳特性があり、8[A]でもインダクタンス値が変わらないコイルを
選定したい。
コイルの電流波形も簡単表示

②損失計算も1クリック
ハイサイドのPower MOSFET(Q1)とローサイドのPower MOSFET(Q2)の損失計算
も部品上で「Altキー」を押しながら、クリックで損失波形を簡単表示

③ノイズ現象も見れる
ハイサイドのPower MOSFET(Q1)のドレイン電流の波形を観察すると、ノイズ現象
が見られる

回路解析シミュレーションの活用で、
設計品質を向上させる
安全設計を行う
回路動作を理論的に把握する
回路解析シミュレータは回路設計を効率良く
行うための「道具」です。関数電卓よりは賢い。

(1)フル装備の回路解析シミュレータ
リニアテクノロジーから無償提供されているSPICEシミュレータ
素子制限がなく、実務で十分活用できる
【イノベーション】
PSpice(1ライセンス150万円)は先進国の大企業の設計ツール
LTspiceはPCがあれば、世界中のユーザーの設計ツール
(2)ICのスパイスモデルが充実
スパイスモデルだけではなく、
アプリケーション回路のシミュレーションデータも充実
一般的にICのスパイスモデルの情報流通は限定的
(3)頻繁なアップデートによる製品の改善とスパイスモデルの充実
新しいデバイスのスパイスモデルが活用できる
新しい回路方式をシミュレーションで試せる
2.LTspiceの概要

Tr1がONの場合
ON
ON

Tr1がOFFの場合
OFF
ON

回路モデルの考え方
等価的に回路モデルを考える

回路モデルの考え方
トランス2次側入力波形をパルス電源で表現する
整流側ダイオードとフライホイル側ダイオードを忠実に再現する
チョークコイルを等価的に考える
コンデンサの等価回路を考える
配線長の影響を考慮する

トランス2次側入力波形
トランス2次側入力波形をパルス電源
に置き換えます。
実際の回路基板があれば、オシロスコープでトランス2次側入力波形を
確認し、その波形をパルス電源に置き換えます。
V1:初期電圧
V2:パルス電圧
TD:遅延値
TR:立ち上がり時間
TF:立ち下がり時間
PW:パルス幅
PER:周期値

【参考】ダイオードモデルの弱点について
ダイオードのパラメータであるTTは、逆回復特性のtrr(trj+trb)のtrjの部分しか
表現出来ません。この弱点を克服する為には、trj+trbを表現する等価回路を作成
する必要があります。
+
等価回路モデル
Trjのみ表現可能である
整流側ダイオードとフライホイル側ダイオード

整流側ダイオードとフライホイル側ダイオード
ここでのポイントは、逆回復特性の表現です。通常のダイオード・モデルパラメータでは正確に逆
回復特性を表現する事が出来ません。ここでは、プロフェッショナル・モデルを採用致します。
Simulation Measurement
プロフェッショナルモデルとは、逆回復特性(trj,trb)を忠実に再現した等価回路モデルです。

チョークコイル
チョークコイルは等価的に考えます。本格的にシミュレーションする場合は、
周波数を考慮した等価回路モデルが必要になります。ここでは、特に回路
に影響する要因を考え、等価モデルを作成します。
C4を追加する事で、回路による影響要因を
加える事が出来ます。

【参考】インダクタの等価回路の考え方
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
Impedance vs. Frequency
Inductor model
R1L1
L1
R1
R1L1
C1
L1
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
Inductor model
R1L1 R1L1
L1
R1
L1
R1
R1L1
C1
R1L1
C1
L1L1

Frequency
1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz
V(V1:+)/ I(V1)
1.0
10
100
1.0K
10K
100K
(2.1878M,234.735K)
All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc.

ラダー・モデル(Rudder Model)
Frequency
100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz
V(N01685)/I(V2)
10m
100m
1.0
10
100
1.0K
10K
C1
1 2
R1
L2
C2
L1
R2
RS
*$
*PART NUMBER: SF-T5-25-01-PF
*MANUFACTURER: TDK
*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2006
.SUBCKT SF-T5-25-01-PF 1 2
R1 1 N4 2.89441k
RS N4 2 37.9262m
C1 1 N4 5.81894p
L1 1 N3 12.151u
L2 N3 N4 24.0673u
R2 N3 N4 592.966
C2 N3 N4 2.2969p
.ENDS
*$
SPICEシミュレーション結果インピーダンス測定結果(Agilent 4294A)

コンデンサ
コンデンサの内部にはESRとESLが存在します。回路動作にESR及び
ESLが影響する場合は、回路図上に無くても、回路解析シミュレーション
をする場合は、具体的な値を入れなくてはいけません。ESR値及びESL値
をサプライヤー企業にお問合わせするか。プレシジョン・インピーダンス・
アナライザで計測を行う必要があります。

【参考】コンデンサの等価回路の考え方
Capacitor model
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
Capacitor model
10
-3
10
0
10
3
10
6
10
9
(Hz)
コンデンサの種類により、ESR値及びESL値には傾向があります。
その特性も考慮しなければなりません。
3素子モデル(3 Elements Model)
電源回路シミュレーションで採用
CPU周辺及び高速動作の回路シミュレーションで採用

*$
*PART NUMBER: DE1B3KX101KA5B
*MANUFACTURER: MURATA
*All Rights Reserved Copyright (c) Bee Technologies Inc. 2013
.SUBCKT DE1B3KX101KA5B 1 4
L1 1 2 39.7352n
C1 2 3 92.4504p
R1 3 4 2.28354
.ENDS
*$
L1 C1 R1

電解コンデンサの事例
Frequency
100Hz 1.0KHz 10KHz 100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz
V(N00027)/ I(V2)
1.0
10
100
1.0K
0
U1
ECEA0JKG470_25C
V2
1Vac
0Vdc
V1
0Vdc
*$
*PART NUMBER: ECEAOJKG470
*MANUFACTURER: Panasonic
*All Rights Reserved Copyright (C) Bee Technologies Inc. 2013
.SUBCKT ECEAOJKG470_25C 1 4
L1 1 2 775.427nH
C1 2 3 35.762uF
R1 3 4 2.04763
.ENDS
*$

*$
*PART NUMBER: F25case2V1200uF
*MANUFACTURER: NIPPON CHEMI-CON
*CAP=1200uF,Vmax=2V
.SUBCKT F25case2V1200uF 1 2
C_C2 N1 N3 11uF
R_R1 N2 2 942.2070u
L_LS 1 N1 1.3500pH
C_C1 N1 N2 1.2mF
R_R2 N3 2 10u
.ENDS
*$
21
R1
LS
C1
R2C2
Frequency
100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHz 10GHz
V(U1:1)/ I(V1)
10u
100u
1.0m
10m
100m
1.0
V1
1Vac
0Vdc
0
V2
0Vdc
U1
F25CASE2V1200UF

*$
*PART NUMBER: F25case2V1200uF
*MANUFACTURER: NIPPON CHEMI-CON
*CAP=1200uF,Vmax=2V
.SUBCKT F25case2V1200uF 1 2
R_R2 N3 N4 14.6480Ω
R_R3 N4 N5 11.3548uΩ
R_R4 N5 N6 1.998mΩ
C_CS 1 N1 1.25mF
L_LS N1 N2 1.35pH
C_C1 N3 2 11uF
C_C2 N4 2 1.9862mF
C_C3 N5 2 2.7169mF
C_C4 N6 2 2.1047nF
R_RS N2 2 905.7567uΩ
R_R1 N2 N3 518.3787nΩ
.ENDS
*$
RS
R1 R2 R3 R4CS LS
C1 C2 C3 C4
1
2Frequency
100KHz 1.0MHz 10MHz 100MHz 1.0GHz 10GHz
V(U1:1)/ I(V1)
10u
100u
1.0m
10m
100m
1.0
SPICEシミュレーション結果
インピーダンス測定結果(Agilent 4294A)

配線長
配線長の影響が回路動作に与える場合、配線長のインダクタンス値は
回路図にはありませんが、配線長のインダクタンス成分を負荷しなければ
なりません。この回路の場合、特に影響度合いが強い箇所に配線長の値
を入れております。L5のインダクタンスは配線長です。

収束問題について
回路解析シミュレーションにおいて、収束問題に直面します。回避方法は、
回路図を工夫するか。もしくは.OPTIONで回避するかの2通りがあります。
実際には.OPTIONで回避します。.OPTIONで回避出来ない場合は、
回路図上に問題があると考えた方がいいです。
.OPTION
RELTOL=0.01
VNTOL=1m
ABSTOL=1n
GMIN=1E-10
ITL1=500
ITL2=200
ITL4=40
事例
FCC LTspice Version can simulate without .OPTION Settings

3.1.2 FPGA電源
エミフィルプロードライザー
FPGAのコア電圧が1.2[V]の場合、許容電圧範囲は、プラスマイナス50m[V]になります。この許容範囲は非常に小さい値です。
低電圧大電流のため、例えば、10[A]の電流変化が発生した場合、電源ライン(FPGA電源とFPGAの配線間)に5m[Ω]の抵抗成分
があるだけで、許容範囲である50m[V]の電圧変動が発生します。この抵抗成分は、配線の抵抗成分であったり、電源ラインにある
デカップリングコンデンサの内部直列抵抗成分(ESR)だったりします。つまり、ESRが5m[Ω]あるだけで、10[A]の電流変化には十分
機能しない電源供給になります。これらを考慮して、ノイズ対策をしなければなりません。

3.1.2 FPGA電源
B-PSG間の周波数
特性の測定結果
CB-CG間の周波数
B-CB間の周波数
データシートのデータシート
に掲載されていた等価回路図
デバイスモデリングで得られた等価回路図
エミフィルのデバイスモデリング

3.1.2 FPGA電源プロードライザーのデバイスモデリング
PIN1-GND間の周波数
PIN2-GND間の周波数
PIN1-PIN2間の周波数
デバイスモデリングで得
られた等価回路図

3.1.2 FPGA電源
出力特性シミュレーション

3.1.2 FPGA電源
背景：FPGA電源の出力ラインのノイズを削減する必要性がある。大電流低電圧であり、
許容される電圧変動が小さいため、ノイズ対策が必要である。ノイズ除去フィルター等
を活用する。
LTspice
ノイズ除去回路
入力信号
ノイズ波形
出力波形で
ノイズの低減
の効果を確認
実際のノイズ波形をオシロスコープで測定し、波形データをCSV形式で取得する

3.1.2 FPGA電源

http://youtu.be/QTy4JOxtZRA
3.1.2 FPGA電源

Most electronic ballasts and switching power supplies use a bridge rectifier and a
bulk storage capacitor to derive raw dc voltage from the utility ac line, figure above:
Vin=100Vac, 50Hz and PO=200W.
Vin
AC_IN1
PARAMETERS:
f req = 50Hz
Vin = 100Vac
AC_IN2
Cbulk
2000uF
0
bulkDB1
DB2DB3
Diode
DB4
Load
1.414Adc
Iline
Vbulk

Time
160ms 164ms 168ms 172ms 176ms 180ms 184ms 188ms 192ms 196ms 200ms
AVG(ABS(W(Vin)))/(RMS(ABS(V(AC_IN1,AC_IN2)))*RMS(ABS(I(Vin))))
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
ABS( I(Vin) )
0A
10A
20A
ABS( V(AC_IN1,AC_IN2) ) V(bulk)
0V
100V
200V
SEL>>
The Uncorrected Power Factor rectifying circuit draws current from the ac line when the
ac voltage exceeds the capacitor voltage (Vbulk). The current (Iline) is non-sinusoidal. This
results in a poor power factor condition where the apparent input power is much higher
than the real power, figure above, power factor ratios of 0.5 to 0.7 are common.
|VAC, in, 100V| (VPEAK, in=100*2=141.42V) and Vbulk
|Iline|
Power Factor Ratio = Pin, avg./(Vin, rms* Iin, rms)

Vac, in
C1
1uF
C2
200u
ILoad
0.5A
L1
12
Diode
D2
Q1
MOSFET
R7
L2
1 2
0
0
Rectifiers PFC
TB6819AFG
Controller
Circuit
PARAMETERS:
f req = 50Hz
Vin = 100Vac
The Power Factor Correction (PFC) circuit, as an off-line active preconverter, is designed to
draw a sinusoidal current from the AC line that is in phase with input voltage. As a result, the
power factor ratio is improved to be near to ideal (1).
The TB6819AFG is a critical conduction mode (CRM) PFC controller IC. The description
including equation and constants as a guide to understand its designing process is included in
this document.
Iline
VDC, OUT

Time*10
100ms 104ms 108ms 112ms 116ms 120ms 124ms 128ms 132ms 136ms 140ms
AVG(ABS(W(Vin))) / (RMS(ABS(V(AC_IN1,AC_IN2)))*RMS(ABS(I(Vin))))
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
-I(Vin)
-8.0A
0A
8.0A
SEL>>
1 V(AC_IN1,AC_IN2) 2 V(VOUT)
-160V
0V
160V
1
200V
400V
600V
2
>>
The poor power factor load is corrected by keeping the ac line current sinusoidal and in phase
with the line voltage. This results with power factor ratio is 0.85.
VAC, in, 100V and VDC, OUT, 400V
Iline
Power Factor Ratio = 0.85
*simulation result at tscale = 10

Load
0.5A
R12
39k
C9
0.1uF
Vin
FREQ = {f req}
VAMPL = {Vin*1.414}
AC_IN1
R4 100
PARAMETERS:
f req = 50
Vin = 100
C6 3300p
AC_IN2
C1
1u
0
0
R9
3MEG
R10
22k
C5
10nF
C8
47uF
IC = 17.9
D5
DZ18V
R11
360k
R6
68k
R8
100k
MULT
Rtf
C3
0.47uF
IC = 3.74
L1
{L}
12
PARAMETERS:
L = 230u
N = {1/9.6}
N=N2/N1, L2=(N^2)*L1
VCC
V1
R7
0.11
POUT
V2
U1
TB6819AFG
FB_IN
COMP
MULT
ISZCD
GND
POUT
VCC
FB_IN
IS
ZCD
C7
8p
R3
10k
C4
1uF
VOUT
R2
1.5MEG
R1
9.53k
C2 200uF
IC = {2.51*1509.53/9.53}
COMP
L2
{N*N*L}
1 2
K
K1
COUPLING = 1
K_Linear
L1 = L1
L2 = L2
DB1
Diode
D2
Diode
D3
Diode
D4
DB2DB3
Diode
DB4
Q1
MOSFET
R5
10
VAC, in=85-265VAC
PO = 200W,
VDC, OUT = 400VDC
*Analysis directives:
.TRAN 0 20ms 0 100n
.OPTIONS ABSTOL= 100n
.OPTIONS GMIN= 1.0E-8
.OPTIONS ITL1= 500
.OPTIONS ITL2= 200
.OPTIONS ITL4= 40
.OPTIONS RELTOL= 0.01
.OPTIONS VNTOL= 100u

Time
18.00ms 18.25ms 18.50ms 18.75ms 19.00ms 19.25ms 19.50ms 19.75ms 20.00ms
ID(Q1)
-6A
0A
6A
12A
V(Q1:d,Q1:s)
0V
200V
400V
600V
I(D2)
8A
16A
-2A
SEL>>
V(D2:2,D2:1)
0V
200V
400V
600V
Switching Devices VPEAK and IPEAK at Steady State
D2 VKA, Peak ≈ 400V at steady state
Total simulation time = 976.83 seconds
D2 IF, Peak ≈ 12A at steady state
Q1 VDS, Peak ≈ 400V at steady state
Q1 ID, Peak ≈ 7.2A at steady state

Load
0.5A
R12
39k
C9
0.1uF
Vin
FREQ = {f req*tscale}
VAMPL = {Vin*1.414}
AC_IN1
R4 100
PARAMETERS:
f req = 50
Vin = 85
C6 3300p
AC_IN2
C1
1u
0
0
R9
3MEG
R10
22k
C5
{10n/tscale}
C8
47uF
IC = 17.9
D5
DZ18V
R11
360k
R6
68k
R8
100k
MULT
Rtf
C3
{0.47u/tscale}
L1
{L}
12
PARAMETERS:
L = 230u
N = {1/9.6}
N=N2/N1, L2=(N^2)*L1
VCC
V1
R7
0.11
POUT
V2
U1
TB6819AFG
FB_IN
COMP
MULT
ISZCD
GND
POUT
VCC FB_IN
ISZCD
C7
8p
R3
10k
C4
{1u/tscale}
VOUT
R2
1.5MEG
R1
9.53k
C2 {200u/tscale}
PARAMETERS:
tscale = 40
COMP
L2
{N*N*L}
1 2
K
K1
COUPLING = 1
K_Linear
L1 = L1
L2 = L2
DB1
Diode
D2
Diode
D3
Diode
D4
DB2DB3
Diode
DB4
Q1
MOSFET
R5
10
Switching Devices VPEAK and IPEAK at Start Up
Vin, min = 85Vac with
frequency 50Hz,
tscale = 40
Iload = 0.5A as
PO=200W at
VO=400V
I(D2)
Switching
Diode, D2
.TRAN 0 10ms 0m 100n
.OPTIONS ITL1= 500
.OPTIONS ITL2= 200
.OPTIONS ITL4= 40
ID(Q1)
Switching
MOSFET, Q1
Rectifier
Diode, DB1-4

Time
476us 480us 484us 488us 492us 496us 500us 504us 508us 512us 516us
V(V2)
0V
40V
-I(L1)
0A
5A
10A
V(V1)
0V
250V
500V
V(Q1:g)
10V
20V
SEL>>
Time
0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms
V(VOUT)
392V
400V
The Simulation Waveform with the defaults models
V(V1)
I (L1)
V(V2)
V(VOUT) without high frequency ripple which is caused by ESR and ESL of the capacitor model.
Gate charge characteristics is not include in the default model.

Load
0.5A
R12
39k
Q2
2SK2611
C9
0.1uF
Vin
FREQ = {f req*tscale}
VAMPL = {Vin*1.414}
AC_IN1
R4 100
PARAMETERS:
f req = 50
Vin = 100
C6 3300p
AC_IN2
C1
1u
0
0
R9
3MEG
R10
22k
C5
{10n/tscale}
C8
47uF
IC = 17.9
D5
DZ18V
R11
360k
R6
68k
R8
100k
MULT
Rtf
C3
{0.47u/tscale}
IC = 3.74
L1
{L}
12
PARAMETERS:
L = 230u
N = {1/9.6}
N=N2/N1, L2=(N^2)*L1
VCC
V1
R7
0.11
POUT
V2
U1
TB6819AFG
FB_IN
COMP
MULT
ISZCD
GND
POUT
VCC
FB_IN
ISZCD
C7
8p
R3
10k
C4
{1u/tscale}
VOUT
R2
1.5MEG
R1
9.53k
COMP
L2
{N*N*L}
1 2
K
K1
COUPLING = 1
K_Linear
L1 = L1
L2 = L2
C2
RJJ-35V221MG5-T20
D2
SCS110AG
DB1
Diode
D3
Diode
D4
PARAMETERS:
tscale = 10
DB2DB3
Diode
DB4
R5
10
Simulation with Models from the SpicePark
Capacitor
model
MOSFET
professional
model
Schottky diode
model
Replace some default model with models from SpicePark
.TRAN 0 2ms 0 100n
.OPTIONS ITL1= 500
.OPTIONS ITL2= 200
.OPTIONS ITL4= 100

Time
484us 488us 492us 496us 500us 504us 508us 512us 516us 520us 524us
V(V2)
0V
40V
-I(L1)
0A
5A
10A
V(V1)
0V
250V
500V
V(Q2:g)
10V
20V
SEL>>
Time
0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms
V(VOUT)
392V
400V
Simulation with Models from the SpicePark
V(VOUT) with high frequency ripple which is caused by ESR and ESL of the capacitor model.
Gate charge characteristics is include in the MOSFET Professional model.
V(V1)
I (L1)
V(V2)

パワーMOSFETのスパイスモデルについて
MOSFET LEVEL
LEVEL=1 Shichman-Hodges Model
LEVEL=2 形状に基づいた解析モデル
LEVEL=3 半経験則短チャネルモデル
LEVEL=4 BSIM Model
LEVEL=6 BSIM3 MODEL
・・・・・・・
・・
MOSFET LEVEL=3 半経験則短チャネルモデルの特徴
(1)2次元的な電位分布によるデバイスの長さ及び幅に対してスレッシュホルド電圧
が敏感に影響を受ける。
(2)ドレインが誘起するBarrier loweringによるドレイン電圧に対してのスレッシュホルド電圧
の考慮。
(3)リニア領域と飽和領域との間での緩やかな変化及びホットエレクトロンの速度
飽和によって若干減少する飽和電圧、飽和電流の考慮。
RB
BulkGate
Cbs
Cgb
RG
Cgd
ROS
Cgs
RD
RS
Cbd
Drain
Source
Idrain

Time*1ms
0 8n 16n 24n 32n 40n
V(W1:2) V(W201:2)
0V
2V
4V
6V
8V
10V
12V
14V
16V
18V
20V
MOSFET LEVEL=3 MODEL
Bee Technologies MODEL(Professional)
ゲートチャージ特性
ミラー容量が固定値のため、ミラー容量を可変にする

Condition :
Po = 25[W], 4 Load
Analysis
Time Domain (Transient)
Run to time: 3ms
Start saving data after: 1ms
Maximum step size: 100n
 Skip the initial transient bias point calculation (SKIPBP)
.Options
RELTOL: 0.01
VNTOL: 1.0u
ABSTOL: 1.0n
CHGTOL: 0.01p
GMIN: 1.0E-12
ITL1: 500
ITL2: 200
ITL4: 10
TEST CONDITION:
C4
1nF
0
+B
15V
+
C18
EKMG500ELL222MLP1S
C5
1nF
0
R18
10
0
R19
2.2k
PARAMETERS:
Po = 25W
Gv = 15.85
RL = 4
f in = 1kHz
C14
MMH250K684
R4
220
C7
10u
IC = 10
R2
3k
R1
100k
C10 22u
IC = 15
LOAD
{RL}
OUT
C9
22u
IC = 12.85
MUR120RLG
D2
IN
VS
R13
10
R3
47k
L1
7G14N-220-RB
VB
R17
1
R20
3.3k
0
R21
8.2k
R8
820
+B
VAA
0
VREF
R6 8.2k
R7
1.2k
CSD
OCSET
IN-
IC1
IRS2092
VAA
GND
IN-
COMP
CSD
VSS
VREF
OCSET DT
COM
LO
VCC
VS
HO
VB
CSH
VCC
0
DT
VSS 0
COMP
R5
820
-B
HO
R15
10
LO
VR1
75
-B
-15V
0
C2
10u
IC = 7
C8
10u
IC = 7
R11
10k
V1
FREQ = {f in}
VAMPL = {1.4142*SQRT(Po*RL)/Gv }
VOFF = 0
VS
CSH
C13
MMC400K104
0
C12
MMC250K474
R16
10
C11
RPER11H104K2K1A01B
C15
RPER11H104K2K1A01B
0
R14
4.7
MUR120RLG
D1
0
R9
4.7k
+
C16
EKMG500ELL222MLP1S
C17
RPER11H104K2K1A01B
R12
10k
C3
RPER11H103K2K1A01B
+
C1
EKMG500ELL100ME11D
C6
AMZ0050J102
FET1
IRFIZ24N
FET2
IRFIZ24N
Ls1
20nH
1
2
Ls2
20nH
1
2
Ls3
20nH
1
2
Ls4
20nH
1
2
Ls5
20nH
12
3.2 D級アンプ

Time
1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms
1 AVG(W(LOAD)) -(AVG(W(+B))+AVG(W(-B))) 2 -100*AVG(W(LOAD))/(AVG(W(+B))+AVG(W(-B)))
0W
5W
10W
15W
20W
25W
30W
35W
40W
45W
50W
1
>>
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
2
PSUPPLY [W]
PO [W]
%Efficiency
Specifications : Efficiency Simulation Result
3.2 D級アンプ

+
-
SPEAKER
F120A
FET1
IRFIZ24N
FET2
IRFIZ24N
+
C1
EKMG500ELL100ME11D
C6
AMZ0050J102C3
RPER11H103K2K1A01B
V1
FREQ = {f in}
VAMPL = { 1.4142*VOUT/Gv }
VOFF = 0
0
C4
1nF
+B
15V
+
C18
EKMG500ELL222MLP1S
C5
1nF
0
R18
10
0
R19
2.2k
C14
MMH250K684
R4
220
C7
10u
IC = 10
R2
3k
R1
100k
C10 22u
IC = 15
OUT
C9
22u
IC = 12.85
MUR120RLG
D2
VS
IN
R13
10
R3
47k
L1
7G14N-220-RB
VB
R17
1
0
R20
3.3k
R21
8.2k
R8
820
+B
VREF
VAA
0
R6 8.2k
R7
1.2k
CSD
OCSET
IN-
IC1
IRS2092
VAA
GND
IN-
COMP
CSD
VSS
VREF
OCSET DT
COM
LO
VCC
VS
HO
VB
CSH
VCC
0
DT
VSS 0
COMP
HO
R5
820
-B
R15
10
LO
VR1
75
-B
-15V
0
C2
10u
IC = 7
C8
10u
IC = 7
R11
10k
CSH
VS
C13
MMC400K104
0
C12
MMC250K474
R16
10
C11
RPER11H104K2K1A01B
C15
RPER11H104K2K1A01B
0Ls1
20nH
1
2
Ls2
20nH
1
2
Ls3
20nH
1
2
Ls4
20nH
1
2
R14
4.7
MUR120RLG
D1
0
R9
4.7k
+
C16
EKMG500ELL222MLP1S
Ls5
20nH
12
C17
RPER11H104K2K1A01B
R12
10k
PARAMETERS:
VOUT = 2
Gv = 15.85
f in = 1k
V
V
V
V V
V
Time
505.0us 510.0us
V(VS)
-40V
0V
40V
Time
505.0us 510.0us
V(HO)
-40V
0V
40V
Time
505us 510us503us 513us
V(LO)
-20V
0V
Time
0.50ms 0.75ms 1.00ms 1.25ms
V(IN)
0V
-200mV
200mV
Time
505.0us 510.0us
V(COMP)
0V
-1.0V
1.0V
Class D amplifier circuit are simulated and compared with measured waveforms from oscilloscope
(Tektronix: TDS3054B)
Time
0s 0.3ms 0.7ms
V(OUT)
-4.0V
0V
4.0V
3.2 D級アンプ

Time
1.988ms 1.990ms 1.992ms 1.994ms 1.996ms 1.998ms
V(VS)
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
30V
40V
OUT
VS
Simulated Measured
3.2 D級アンプ

Time
1.988ms 1.990ms 1.992ms 1.994ms 1.996ms 1.998ms
V(HO)
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
30V
40V
Time
1.992ms 1.994ms 1.996ms 1.998ms 2.000ms 2.002ms
V(LO)
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
30V
40V
HO
LO
Simulated Measured
3.2 D級アンプ

Self-oscillation frequency
= 400kHz (Simulated)
= 400kHz (Measured)
Simulated Measured
OUT OUT
VS VS
Self-Oscillating Frequency
3.2 D級アンプ

+
-
SPEAKER
F120A
FET1
IRFIZ24N
FET2
IRFIZ24N
+
C1
EKMG500ELL100ME11D
C6
AMZ0050J102C3
RPER11H103K2K1A01B
V1
FREQ = 1k
VAMPL = 0
VOFF = 0
0
C4
1nF
+B
15V
+
C18
EKMG500ELL222MLP1S
C5
1nF
0
R18
10
0
R19
2.2k
C14
MMH250K684
R4
220
C7
10u
IC = 10
R2
3k
R1
100k
C10 22u
IC = 15
OUT
C9
22u
IC = 12.85
MUR120RLG
D2
VS
IN
R13
10
R3
47k
L1
7G14N-220-RB
VB
R17
1
0
R21
8.2k
R20
3.3k
R8
820
+B
VREF
VAA
0
R6 8.2k
R7
1.2k
CSD
OCSET
IN-
IC1
IRS2092
VAA
GND
IN-
COMP
CSD
VSS
VREF
OCSET DT
COM
LO
VCC
VS
HO
VB
CSH
VCC
0
DT
VSS 0
COMP
HO
R5
820
-B
R15
10
LO
VR1
75
-B
-15V
0
C2
10u
IC = 7
C8
10u
IC = 7
R11
10k
CSH
VS
C13
MMC400K104
0
C12
MMC250K474
R16
10
C11
RPER11H104K2K1A01B
C15
RPER11H104K2K1A01B
0Ls1
20nH
1
2
Ls2
20nH
1
2
Ls3
20nH
1
2
Ls4
20nH
1
2
R14
4.7
MUR120RLG
D1
0
R9
4.7k
+
C16
EKMG500ELL222MLP1S
Ls5
20nH
12
C17
RPER11H104K2K1A01B
R12
10k
Dead-time
Dead-time Mode R20 R21
DT1 (25ns) 3.3k 8.2k
DT2 (40ns) 5.6k 4.7k
DT3 (65ns) 8.2k 3.3k
DT4 (105ns) - < 10k
V(DT) Voltage Divider
Analysis
Run to time: 1ms
Start saving data after: 0.5m
.Options
RELTOL: 0.001
VNTOL: 1.0u
ABSTOL: 1.0n
CHGTOL: 0.01p
GMIN: 1.0E-12
ITL1: 500
ITL2: 200
ITL4: 10
3.2 D級アンプ

Dead-time DT1(25ns)
Time
0.9976ms 0.9980ms 0.9984ms 0.9988ms 0.9992ms0.9974ms
V(LO,-B) V(HO,VS)
-4V
0V
4V
8V
12V
16V
V(OUT)
0V
-400mV
400mV
SEL>>
DT1(25ns)
DT1(25ns)
Spike voltage
3.2 D級アンプ

Dead-time DT3(65ns)
Time
0.9976ms 0.9980ms 0.9984ms 0.9988ms 0.9992ms 0.9996ms
V(LO,-B) V(HO,VS)
-4V
0V
4V
8V
12V
16V
V(OUT)
0V
-400mV
400mV
SEL>>
DT3(65ns)
DT3(65ns)
Spike voltages
(Decrease for longer dead time)
3.2 D級アンプ

+
C1
EKMG500ELL100ME11D
C6
AMZ0050J102C3
RPER11H103K2K1A01B
C17
RPER11H104K2K1A01B
+
C18
EKMG500ELL222MLP1S
FET1
IRFIZ24N
FET2
IRFIZ24N
+
-
SPEAKER
F120A
0
C4
1nF
+B
15V
C5
1nF
0
R18
10
0
R19
2.2k
C14
MMH250K684
R4
220
C7
10u
IC = 10
R2
3k
R1
100k
C10 22u
IC = 15
OUT
C9
22u
IC = 12.85
MUR120RLG
D2
VS
IN
R13
10
R3
47k
L1
7G14N-220-RB
VB
R17
1
0
R20
3.3k
R21
8.2k
R8
820
+B
VREF
VAA
0
R6 8.2k
R7
1.2k
CSD
OCSET
IN-
IC1
IRS2092
VAA
GND
IN-
COMP
CSD
VSS
VREF
OCSET DT
COM
LO
VCC
VS
HO
VB
CSH
V1
FREQ = 1k
VAMPL = 0
VOFF = 0
VCC
0
DT
VSS 0
COMP
HO
R5
820
-B
R15
10
LO
VR1
75
-B
-15V
0
C2
10u
IC = 7
C8
10u
IC = 7
R11
10k
CSH
VS
C13
MMC400K104
0
C12
MMC250K474
R16
10
C11
RPER11H104K2K1A01B
C15
RPER11H104K2K1A01B
0Ls1
20nH
1
2
Ls2
20nH
1
2
Ls3
20nH
1
2
Ls4
20nH
1
2
R14
4.7
MUR120RLG
D1
0
R9
4.7k
+
C16
EKMG500ELL222MLP1S
Ls5
20nH
12
R12
10k
The total power loss in MOSFET are given by:
PTOTAL = PSW+Pcond+Pgd
Power losses in the MOSFETs
Analysis
Run to time: 500us
Start saving data after: 100n
.Options
RELTOL: 0.003
VNTOL: 1.0m
ABSTOL: 100n
CHGTOL: 0.01p
GMIN: 1.0E-12
ITL1: 500
ITL2: 200
ITL4: 20
3.2 D級アンプ

Time
23.6us 24.4us 25.2us 26.0us 26.8us 27.6us
1 V(FET1:S,FET1:D) 2 -I(Ls1) 3 V(FET1:D,FET1:S)*-I(Ls1)
0V
100V
-60V
1
-1.5A
-1.0A
-0.5A
0A
0.5A
1.0A
1.5A
2.0A
2.5A
2
>>
-50W
0W
20W
3
Power losses FET1(Professional Model)
FET1: ID and VDS are simulated and compared with scope (Tektronix: TDS3054B) waveforms
PSW ,Pcond ,and Pgd are calculated by PSpice.
VDS, ID (Measured)
-VDS
ID
-VDS
ID
Power loss (VDS*ID)
PSWPgd Pcond
VDS, ID (Simulated)
3.2 D級アンプ

Time
492.8us 493.6us 494.4us 495.2us 496.0us
1 V(FET2:D,FET2:S) 2 -I(Ls3:1) 3 V(FET2:D,FET2:S)*-I(Ls3:1)
0V
100V
-40V
1
-1.0A
-0.5A
0A
0.5A
1.0A
1.5A
2.0A
2.5A
3.0A
2
>>
-50W
0W
20W
3
Power losses FET2(Professional Model)
FET2: ID and VDS are simulated and compared with scope (Tektronix: TDS3054B) waveforms
PSW ,Pcond ,and Pgd are calculated by PSpice.
VDS
ID
VDS
ID
Power loss (VDS*ID)
PSWPgd Pcond
VDS, ID (Measured)VDS, ID (Simulated)
3.2 D級アンプ

• Gate charge characteristics in Professional model has more accurate results than standard model.
FET: IRFIZ24N Qg Standard vs. Professional Model
IRFIZ24N
(Standard)
IRFIZ24N
(Professional)
VDD=44V,ID=10A
,VGS=10V
Measurement Simulation Error (%)
Standard Model: Qg(nc) 13.400 12.543 -6.396
Professional Model: Qg(nc) 13.400 13.409 0.067
3.2 D級アンプ

Time
867us 869us 871us 873us 875us 877us
1 V(OUT) 2 V(VS)
-1.0V
-0.5V
0V
0.5V
1.0V
1.5V
2.0V
2.5V
3.0V
1
>>
-120V
-80V
-40V
0V
40V
2
Simulated (without output capacitor models) Measured
OUT OUT
VS VS
= 400kHz (Measured)
Simulation Result (without Capacitor Model)
3.2 D級アンプ

Simulated (with output capacitor models) Measured
OUT OUT
VS VS
= 400kHz (Measured)
Simulation Result (with Capacitor Model)
3.2 D級アンプ

Application Circuit
O_A
O_A1
O_B1
O_B
O_B
RRSA 0.5ohm
O_B1
V5
Vref AB
1.25Vdc
O_A1
O_A
RSB
L2
IC = 0
1
2
0
Cv ref AB
1uF
00
L1
IC = 0
12
RSA
RRSB 0.5ohm
0
VM1
24V CVM1
100uF
00
U1
TB62206FG
CCP1 = 0.22UF
CCP2 = 0.01UF
VM = 24
COSC = 560PF
ROSC = 3.6K
FIN
CR
VDD
VREF_A
VREF_B
RS_B
RS_A
VM
CCP_C
CCP_B
CCP_A STANDBY
OUT_A1
PHASE_A
PHASE_B
OUT_A
OUT_B
ENABLE_A
ENABLE_B
OUT_B1
TORQUE
V_PHASE_A
TD = 0
TF = {tf phase}
PW = {pwphase}
PER = {tphase}
V1 = 0
TR = {trphase}
V2 = 5V
V_PHASE_B
TD = {tphase/4}
TF = {tf phase}
PW = {pwphase}
PER = {tphase}
V1 = 0V
TR = {trphase}
V2 = 5
0 0
PARAMETERS:
f phase = 250Hz
tphase = {1/f phase}
tdphase = {trphase+pwphase/2}
pwphase = {-2*trphase+tphase/2}
trphase = 100n
tf phase = {trphase}
VDD
5Vdc C1
10uF
0 0
Rosc 3.6kohm
0
Cosc 560pF
0
Cccp_1
0.22uF
Cccp_2
0.022uF
250Hz Full Step
Ph_B
Ph_A
Ph_B
Ph_A

TB62206F/FG BiCD PWM 2-Phase Bipolar Stepping Motor Driver

Device Feature:
• Input logic to drive
Bipolar Step Motor
• Internal OSC
• Current Level Set
• Mixed Decay Control
• Charge Pump Unit
• H-Bridge Output
• Protection Unit

Model is include:
 Input logic to drive
Bipolar Step Motor
 Internal OSC
 Current Level Set
 Mixed Decay Control
 Charge Pump Unit
 H-Bridge Output
 Protection Unit (Over
Current Protection
ERNFA
IF( V(PHASE_A)>0.75, V(IMX_A)-100m, -V(IMX_A))
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
RRNFA10
RNFAILVA4
CRFA
100p
IC = 0
0
Output Control (Mixed Decay Control)
MDA1
RMDA1
1MEG
0
U19
XOR
1
2
3
PHASE_A
U20
INV
1 2NMDC
OSC
MDA
U17
XOR
1
2
3
MDA
PHASE_A
U18
INV
1 2
Q
B
Q
A
U11
JKFFR
J
1
CLK
2
K
3
R
4
Q
5
Q
6
+
-
+
-
S_UA1
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
U12
JKFFR
J
1
CLK
2
K
3
R
4
Q
5
Q
6
V2
AC =
TRAN =
DC = 5
+
-
+
-
S_LA1
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
0
NMDC3
0
U16
TFFR
CLK
2
R
3
T
1
Q
4
Q
5
RGA1 10k
OA1
NMDC4
OA2
NMDC1
RGA3 10k
EMDA2
IF( V(PHASE_A)>0.75 & V(RST_A)<0.75, 3.5, V(MDA1) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
U13
INV
1 2
MDCA2
NMDC6
0
EGUA1
IF( V(CTRLA1)<0.75 & V(MDA4)<0.75 ,V(Ccp_A),0 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
GU1_A
NMDC2
RMDA2 10
MDA2
0
NMDC5
0
RMDA
1k
EGLA1
IF( V(CTRLA1)<0.75 & V(MDA4)<0.75 ,0,V(Ccp_A) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
CMDA2
100p
IC = 0
GL1_A
0
CTRLA
HI
RSTCA
0
VLA
EMDA3
IF( V(PHASE_A)<0.75 & V(RST_A)<0.75, 0, V(MDA1) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
OUT_A
VM
MDCA3
0
GND
RMDA3 10
MDA3
+
-
+
-
S_UA2
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
CMDA3
100p
IC = 0
+
-
+
-
S_LA2
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
EMDA4
IF( V(PHASE_A)>0.75, V(MDA2), V(MDA3) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
OA3
MDCA4
0
0
OA4
RGA2 10k
RMDA4 10
MDA4
RGA4 10k
CMDA4
100p
IC = 0
EGUA2
IF( V(CTRLA1)>0.75 & V(MDA4)>0.75 ,V(Ccp_A),0 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
GU2_A
0
0
EGLA2
IF( V(CTRLA1)>0.75 & V(MDA4)>0.75 ,0,V(Ccp_A) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
GL2_A
0 GND
OA5
OUT_A1
VM
CR
VOSC
TD = 1.25ns
TF = 10n
PW = {3*tosc/4}
PER = {tosc}
V1 = 0
TR = 10n
V2 = 5
0 0
OSC
R8
1MEG
V1
TD = 0
TF = {tosc/4}
PW = 10n
PER = {tosc}
V1 = 1.9V
TR = {3*tosc/4}
V2 = 3.1V
PARAMETERS:
tosc = {0.523*(Cosc*Rosc+600*Cosc)}
GND
Vchop
TD = 1.25ns
TF = 10n
PW = {5*tosc}
PER = {tosc*8}
V1 = 0.5
TR = 10n
V2 = 5
0
f chop
0
R_chop
1MEG
+
-
+
-
S_UB1
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
+
-
+
-
S_LB1
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
0
RGB110k
OB1
OB2
RGB310k
EGUB1
IF( V(CTRLB1)<0.75 & V(MDB4)<0.75 ,V(Ccp_A),0 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
GU1_B
0
EGLB1
IF( V(CTRLB1)<0.75 & V(MDB4)<0.75 ,0,V(Ccp_A) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
GL1_B
ECcp_A1
V(Cp_ON)+V(VM)-2
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
VLB
ENFA
IF( V(PHASE_A)>0.75, V(IMX_A), -V(IMX_A)+100m)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
VM
GND
+
-
+
-
S_UB2
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
ECcp_A
IF( V(STANDBY)>0.75, V(Q_Ccp_A), 0)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
ILVA3
RNFA10
QP2
R6125
NFA
CNFA
100p
IC = 0
+
-
+
-
S_LB2
S
VOFF = 2.5V
VON = 10V
QP3
0
Ccp_A
OB3
0
ERST_A
IF( V(ENABLE_A)<0.75 | V(STANDBY)<0.75 | V(ISDA)>0.75, 0, 5 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
PARAMETERS:
VM = 24V
0
OB4
QP1
RGB210k
Chopper OSC
Rcp_on
100
ILVA1
RGB410k
RRST_A10
Cp_ON
RST_A
Ccp_on
0.22uF
IC = 0
EGUB2
IF( V(CTRLB1)>0.75 & V(MDB4)>0.75 ,V(Ccp_A),0 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
ECcp_B
IF( V(STANDBY)>0.75 ,V(VM)-2+V(VCcp_C)/2.5 ,V(VM)-0.7)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
CRST_A
100p
IC = 0
G_RsA
I(VLA)
GVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
0
GU2_B
0
ECcp_C
IF( V(STANDBY)>0.75 ,V(VCcp_C), V(VM)-0.7 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
EGLB2
IF( V(CTRLB1)>0.75 & V(MDB4)>0.75 ,0,V(Ccp_A) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
RS_A
GND 0
GL2_B
QP4
RCcp_C 50
E_VL1_A
I(VLA)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
0
0
IFBA1 ILA
R_VLA10
V_Q4
GND
OB5
R5
100k
VM
0
C_VLA
100p
VDD
RDD1
2.5k
EChrg
IF(I(V_Q4)>10m, 3.5, 0)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
E_EA_A
LIMIT(1E5*V(ILA,TRGA),5,0)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
GND
Q_Ccp_A
0
CTRLAIFBA4
PARAMETERS:
CP_PW = {800*Ccp2}
CP_PER = {18.5u+1800*Ccp2}
CP_V2 = {250E6*Ccp2}
Protection Unit (ISD)
0
CTRLA1
REAA10
Ecp_on
IF(V(STANDBY)>0.75, 6.5, 0)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
E_ABILA
IF(I(VLA)>0,I(VLA),-I(VLA))
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
CEAA
100p
IC = 0
0
ISDA1
R_ABILA 10
ETRGA
IF(V(CTRLA1)>1,V(RNFA1),V(NFA1))
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
Ccp_C
Ccp_B
OUT_B
VcpTD = 0
TF = 10N
PW = {CP_PW}
PER = {CP_PER}
V1 = {VM-1.4}
TR = 10N
V2 = {CP_V2}
0
IFBA3
RTRGA10
C_ABILA
100p
VCcp_C
TRGA
E_ISDA
IF( V(AB_ILA)>V(ISDA_REF) , 5, 0)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
RV_C
100k
CTRGA
100p
IC = 0
00
ISDA3 ISDA
ERS_A
((V(VM)-V(RS_A))/V(ILA))
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
RISDA 10
IFBA2
CISDA
100p
IC = 0
0
RRS_A10
EISDA_REF
IF(V(ISDA)<1 | V(STANDBY)<0.75,1.8,-0.1)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
RS_A1
CRS_A
100P
ISDA2
0
RISDA_REF10
VM
Current Feedback ( A )
ISDA_REF
CISDA_REF
100p
IC = 0
0
AB_ILA
OUT_B1
CTRLA
PHASE_A
f chop
U27
AND2
1
2
3
U28
AND2
1
2
3
U29
AND2
1
2
3
U30
OR3
1
24
3
CEAA1
30p
IC = 0
U31
INV
1 2
0
R10
100
U32
INV
12
Charge Pump Unit
Input Logic
PHASE_A
ENABLE_A
PHASE_B
ENABLE_B
RPD_EA
RPD_EB
RPD_PA
RPD_PB
GND
RPU_EA
VM
VM
RPU_EB
VM
RPU_PA
RPU_PB
VM
RPD_STB
VM
RPU_STB
STANDBY
R_PIN1
1MEG
GND
TORQUE
0
ETQ
IF( V(TORQUE)>0.75, 1, 0.71)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
RTQ
100
CTQ
100P
TQILVA7
R_REFA
1MEG
Vref _A
GND
EIMX_A
0.2*V(Vref _A)*V(TQ)/V(RS_A1)
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
ILVA2
RIMX_A10
IMX_A
CIMX_A
100P
Current Level Set ENFA1
IF( V(RST_A)<0.75 , 0, V(NFA) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
ILVA5
RNFA110
NFA1
CNFA1
100p
IC = 0
ERNFA1
IF( V(RST_A)<0.75, 0, V(RNFA) )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
RRNFA110
RNFA1ILVA6
CRFA1
100p
IC = 0
0
Behavioral Logic Model

Model is include:
 Diode Snap Curren
 MOSFET Shoot-
through Current
V1
0Vdc
MUA1
MU
MLA1
ML
RGA1
DLA1
DLA1
RGA3
2k
GL1_A
EGLA1
IF( V(OA1)<2, 29,1 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
VS_MUA1 VA_DUA1
VD_MLA1 VK_DLA1
DUA1
DFWU
OUT_A
OA2
OA1
OA1
VM
EGUA1
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
OUT_A1 OUT_A
0
OA1
GND
MUA2
MU
MLA2
ML
RGA2
DLA2
DFWL
RGA4
2k
GL1_A
EGLA2
IF( V(OA1)<2, 29,1 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
VS_MUA2 VA_DUA2
VD_MLA2 VK_DLA2
DUA2
DFWU
OUT_A
OA2
VM
EGUA2
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
GND
OA1
V2
0Vdc
MUB1
MU
MLB1
ML
RGB1
DLB1
DLA1
RGB3
2k
GL1_A
EGLB1
IF( V(OA1)<2, 29,1 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
VS_MUB1VA_DUB1
VD_MLB1VK_DLB1
DUB3
DFWU OA1
OUT_A
VM
OA2
EGUB1
IF( V(CTRLB1)<0.75 & V(MDB4)<0.75 ,V(Ccp_A),0 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
OUT_A OUT_A1
0
GND
MUB2
MU
MLB2
ML
RGB2
DLB2
DFWL
RGB4
2k
GL1_A
EGLB2
IF( V(OA1)<2, 29,1 )
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
VS_MUB2VA_DUB2
VD_MLB2VK_DLB2
DUB2
DFWU
OUT_A
OA1
VM
OA2
EGUB2
EVALUE
OUT+
OUT-
IN+
IN-
0
GND
H-Bridge Outputをビヘイビアモデルから素子モデル化

O_B1
O_B
O_A
O_A1
RSB 7.9ohm
L2
9.15mH
IC = -0.5
1
2
L1
9.15mH
IC = -0.5
12
RSA
7.9ohm
O_A
O_A1
O_B1
O_B
RRSA 0.5ohm
V5
Vref AB
1.25Vdc
0
Cv ref AB
1uF
00
RRSB 0.5ohm
0
VM1
24V CVM1
100uF
00
U1
TB62206FG
CCP1 = 0.22UF
CCP2 = 0.01UF
VM = 24
COSC = 560PF
ROSC = 3.6K
FIN
CR
VDD
VREF_A
VREF_B
RS_B
RS_A
VM
CCP_C
CCP_B
CCP_A STANDBY
OUT_A1
PHASE_A
PHASE_B
OUT_A
OUT_B
ENABLE_A
ENABLE_B
OUT_B1
TORQUE
V_PHASE_A
TD = {tphase/4}
TF = {tf phase}
PW = {pwphase}
PER = {tphase}
V1 = 0
TR = {trphase}
V2 = 5V
V_PHASE_B
TD = {tphase/2}
TF = {tf phase}
PW = {pwphase}
PER = {tphase}
V1 = 0V
TR = {trphase}
V2 = 5
0 0
PARAMETERS:
f phase = 250Hz
tphase = {1/f phase}
tdphase = {trphase+pwphase/2}
pwphase = {-2*trphase+tphase/2}
trphase = 100n
tf phase = {trphase}
VDD
5Vdc C1
10uF
0 0
Rosc 3.6kohm
Cosc 560pF
0
0
Cccp_1
0.22uF
Cccp_2
0.022uF
250Hz Full Step
Ph_B
Ph_A
Ph_B
Ph_A
3.1 Full Step Switching Sequence
Full-step sequences
control signals
Analysis
Run to time: 8ms
Start saving data after: 0ms
Maximum step size: -
.Options
RELTOL: 0.01
VNTOL: 1.0m
ABSTOL: 1.0n
CHGTOL: 1p
GMIN: 1.0E-12
ITL1: 500
ITL2: 200
ITL4: 100

Full Step Switching Sequence
• This figure shows the simulation result of the circuit with Full-
step switching sequence.
Phase A
Phase B
Enable A
Enable B
IOUT A
IOUT B
Time
0s 4.0ms 8.0ms
I(U1:OUT_B1)
-1.0A
0A
1.0A
I(U1:OUT_A1)
-1.0A
0A
1.0A
V(U1:ENABLE_B)
0V
SEL>>
V(U1:ENABLE_A)
0V
V(PH_B)
0V
V(PH_A)
0V

Time
2.54ms 2.58ms
I(U1:OUT_B1)
400mA
600mA
I(U1:OUT_A1)
400mA
600mA
SEL>>
Output Ripple Current
• This figure shows the output ripple current of the Mixed Decay Mode ,which consist of
Charge ,Slow decay ,and Fast decay mode ,with 101kHz chopping frequency.
IOUT = 0.5A
fchop = 101kHz
IOUT A
IOUT B
Charge mode
Slow decay mode Fast decay mode

Time
2.593ms 2.595ms 2.597ms 2.599ms 2.601ms 2.603ms
I(U1:OUT_A1)
300mA
400mA
500mA
600mA
700mA
SEL>> Ripple Current Simulation
• The simulation result shows the current ripple that agrees to the measurement data.
Current ripple
Current ripple
Simulation
Measurement

Parameter Settings
If there is no measurement data, the default value will be
used:
Rm: motor winding resistance []
Lm: motor winding inductance [H]
Data is given by D.C. motor spec-sheet:
V_norm: normal voltage [V]
mNm: normal load [mNm]
kRPM_norm: speed at normal load [kr/min]
I_norm: current at normal load [A]
Load Condition:
IL: load current [A]
Model Parameters:
D.C. Motor model and Parameters with Default Value
-
+
U1
SMPL_DC_MOTOR
Rm = 0.1
Lm = 100u
I_norm = 6.1
mNm = 19.6
V_norm = 7.2
kRPM_norm = 14.4
IL = 6.1

Time
0s 40ms 80ms 120ms 160ms 200ms 240ms 280ms 320ms 360ms 400ms
I(VIM)
0A
10A
20A
V(VM)
0V
5V
10V
SEL>>
I(X_U1.V_kRPM)
0A
10A
20A
V(X_U1.TRQ)
0V
40V
80V
D.C. Motor Current = 6.1A
D.C. Motor Voltage = 7.2V
D.C. Motor Speed = 14.4krpm
Torque Load= 19.6mNm

Time
0s 40ms 80ms 120ms 160ms 200ms 240ms 280ms 320ms 360ms 400ms
I(VIM)
0A
10A
20A
V(VM)
0V
5V
10V
I(X_U1.V_kRPM)
0A
10A
20A
SEL>>
V(X_U1.TRQ)
0V
40V
80V
D.C. Motor Current = 3.05A
D.C. Motor Voltage = 8.725V
D.C. Motor Speed = 18.4krpm
Torque Load= 9.8mNm

-
+
U2
SMPL_DC_MOTOR
Rm = 0.576
Lm = 165u
I_norm = 2.9
mNm = 9.8
V_norm = 7.2
kRPM_norm = 14.2
IL = 0.6
NC
NC
NCA
K
VCC
VO
GND
U1
TLP350
V1
TD = 0
TF = 10n
PW = 199.99u
PER = 400u
V1 = 0
TR = 10n
V2 = 1.8
0
R1
1u
0
Vcc
15V
0
VCC
VDD
0
RG
120
0
DGT10J321_s
D3
VCC
Vdd
15V
VDD
0
D4001
D2
U3
GT10J321
Simplified D.C. Motor with RS-
380PH Spec at No load.
Simulation Circuit and Setting
No load IL=0.6
Application Example

Time
-100ms 0s 100ms 300ms 500ms 700ms 900ms
1 I(U2:1) 2 V(U2:1,U2:2)
-2A
0A
2A
4A
6A
8A
10A
12A
14A
1
-60V
-50V
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
2
>>
Application Example
Measurement Simulation
Motor Current (2A/Div)
Motor Voltage (10V/Div)

Time
898.0ms 898.4ms 898.8ms 899.2ms 899.6ms
1 I(U3:C) 2 V(U3:C) 3 V(U3:G)
-2A
0A
2A
4A
6A
8A
10A
12A
14A
1
>>
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
30V
40V
50V
2
-60V
-50V
-40V
-30V
-20V
-10V
0V
10V
20V
3
Application Example
Measurement Simulation
IGBT: VGE
IGBT: VCE
IGBT: IC
IGBT: VGE (10V/Div)
IGBT: VCE (10V/Div)
IGBT: IC (2A/Div)

質疑・応答

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