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公開番号2025098627
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2023214883
出願日2023-12-20
発明の名称シミュレーション装置、モデリング装置およびシミュレーション方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類G06F 30/367 20200101AFI20250625BHJP(計算;計数)
要約【課題】シミュレーションの精度を向上する。
【解決手段】本開示では、CgdでのVgsの依存性をVgs=0に限定し、かつ、CgdでのVdsの依存性を「Vds-Vgs」というオフセットで簡略化して含むCgd(0、Vds-Vgs)を使用するのではなく、Vgs≠0であるVgsの依存性も考慮したCgd(Vgs、Vds)を使用して、Cgdを設定する。
【選択図】図14
特許請求の範囲【請求項1】
パワートランジスタのゲートとソース間の電圧であるゲートソース間電圧Vgsと、前記パワートランジスタのドレインと前記ソース間の電圧であるドレインソース間電圧Vdsを入力する入力部と、
前記ゲートソース間電圧Vgsと前記ドレインソース間電圧Vdsに基づいて前記パワートランジスタの前記ゲートと前記ドレイン間の容量であるゲートドレイン間容量Cgdを設定する設定部と、
を備える、シミュレーション装置であって、
前記設定部は、前記ゲートソース間電圧Vgsと前記ドレインソース間電圧Vdsの関数であるCgd(Vgs、Vds)に基づいて、前記ゲートドレイン間容量Cgdを設定する、シミュレーション装置。
続きを表示(約 1,900 文字)【請求項2】
請求項1に記載のシミュレーション装置において、
Cgd(0、Vds)=Cgd(Vgs=0、Vds)とし、
Cgd(0、Vds-Vgs)=Cgd(Vgs=0、Vds-Vgs)とすると、
Cgd(Vgs、Vds)は、以下の条件を満たす、シミュレーション装置。
(1)Vgs<Vm(Isw)のとき、
Cgd(Vgs、Vds)は、Cgd(0、Vds)とCgd(0、Vds-Vgs)との中間の値を取り、
(2)Vgs>Vm(Isw)、かつ、Vds<Vcross(Vgs)のとき、
Cgd(Vgs、Vds)はCgd(0、Vds)とCgd(0、Vds-Vgs)との中間の値を取り、
(3)Vgs>Vm(Isw)、かつ、Vds>Vcross(Vgs)のとき、
Cgd(0、Vds-Vgs)<Cgd(Vgs、Vds)、
ここで、
Vm(Isw)は、ドレインソース間電流Iswの関数であって、
ミラー期間におけるゲートソース間電圧を意味し、
Vcross(Vgs)は、Vgsの関数であって、
Vgs>Vm(Isw)の場合において、Cgd(0、Vds-Vgs)=Cgd(Vgs、Vds)となるドレインソース間電圧を意味する。
【請求項3】
請求項2に記載のシミュレーション装置において、
Vm(Isw)は、Iswに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項4】
請求項2に記載のシミュレーション装置において、
Vcross(Vgs)は、Vgsに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項5】
請求項2に記載のシミュレーション装置において、
Cgd(Vgs、Vds)は、Cgd1(Vgs、Vds)とCgd2(Vgs、Vds)との和を構成要素として含み、以下の条件を満たす、シミュレーション装置。
(1)Vgs>0で、かつ、Vds=0において、
Cgd2(Vgs、Vds)>Cgd1(Vgs、Vds)、
(2)Vgs>0で、かつ、Vds→∞において、
Cgd2(Vgs、Vds)<Cgd1(Vgs、Vds)。
【請求項6】
請求項5に記載のシミュレーション装置において、
Cgd1(Vgs、Vds)は、A×(1-tanh(Vdep))+Cという関数部分を含み、
Aは、少なくとも、Vgsの関数から構成され、
Cは、少なくとも、Vgsの関数から構成され、
Vdepは、ゲートドレイン間電圧Vgdを近似した関数であって、
少なくとも、VgsおよびVdsの関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項7】
請求項6に記載のシミュレーション装置において、
Vdepは、Vgs>0の領域において、Vgsに対して単調減少し、Vdsに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項8】
請求項5に記載のシミュレーション装置において、
Cgd2(Vgs、Vds)は、D×(Vepi)
-E
という関数部分を含み、
Dは、係数であり、
Eは、0.4≦E≦0.6を満たし、
Vepiは、ゲートドレイン間電圧Vgdを近似した関数であって、
少なくとも、VgsおよびVdsの関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項9】
請求項8に記載のシミュレーション装置において、
Vepiは、Vgsに対して単調減少し、Vdsに対して単調増加する関数から構成される、シミュレーション装置。
【請求項10】
パワートランジスタのゲートとソース間の電圧であるゲートソース間電圧Vgsと、前記パワートランジスタのドレインと前記ソース間の電圧であるドレインソース間電圧Vdsを入力する入力工程と、
前記ゲートソース間電圧Vgsと前記ドレインソース間電圧Vdsに基づいて前記パワートランジスタの前記ゲートと前記ドレイン間の容量であるゲートドレイン間容量Cgdを設定する設定工程と、
を備える、シミュレーション方法であって、
前記設定工程では、前記ゲートソース間電圧Vgsと前記ドレインソース間電圧Vdsの関数であるCgd(Vgs、Vds)に基づいて、前記ゲートドレイン間容量Cgdを設定する、シミュレーション方法。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、シミュレーション装置、モデリング装置およびシミュレーション方法に関し、例えば、パワートランジスタの寄生容量を設定するシミュレーション技術に適用して有効な技術に関する。
続きを表示(約 1,300 文字)【背景技術】
【0002】
アプリケーションに応じて最適なデバイスや駆動条件の設定、製品ばらつきに対するマージンなどを考慮するために、回路シミュレーションが有効である。回路シミュレーションの精度を向上させるためには、デバイスモデルの精度が重要であり、さまざまなモデルが開発されている。
【0003】
例えば、特許文献1には、SiCパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の大電流領域を良く再現できるモデルパラメータの抽出手法が記載されている。また、特許文献2には、静電容量の抽出手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
国際公開第2019-146460号
特開2010-211387号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1あるいは特許文献2に示すようなパラメータを抽出する手法の性能が良くても、パラメータを入れる元となる関数(ベースモデルという)の表現力が不足している場合、シミュレーションを高精度化するには限界がある。
【0006】
例えば、ゲートドレイン間容量Cgdは、ドレインソース間電圧Vdsだけではなく複雑なVgsの関数でもあるが、一般に広く使われているMOSFETモデルでは、Cgd(Vgs、Vds)=Cgd(0、Vds-Vgs)と過度に簡略化されており、これでは十分な精度のシミュレーションを得ることが困難である。
【0007】
この点に関し、例えば、人工ニューラルネットワーク(ここでは、多層パーセプトロン(MLP)と呼ぶ)のように非常に広い表現力を持つベースモデルの場合は、抽出するべきパラメータが学習データに対して非常に多くなり、計算リソースの増大や過学習による意図しない動作を生じるという問題がある。
【0008】
したがって、ベースモデルは、現実の特性を再現するために十分な表現力を持ちつつも、チューニングすべきパラメータ数を最小限に抑える必要がある。このためには、モデルが持つべき関数の特徴を正確に抑える必要がある。すなわち、シミュレーションの精度を向上する観点から、現実の特性を再現するために十分な表現力を持ちながら、チューニングすべきパラメータ数を最小限に抑えることが可能なベースモデルが望まれている。
【0009】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【0010】
一実施の形態におけるシミュレーション装置は、ゲートソース間電圧Vgsおよびドレインソース間電圧Vdsを入力すると、ゲートドレイン間容量を出力する関数であるCgd(Vgs、Vds)に基づいて、ゲートドレイン間容量を設定する設定部を備える。
(【0011】以降は省略されています)

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