Infineon IGBT Modell mit LTspice

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Hallo NG,
ich nutze LTspice noch nicht sehr lange und bin nun auf ein Problem bei
der Verwendung eines IGBT Modells der Fa. Infineon gestoDF%en.

Das Modell bzw. die Bibliothek lautet wie folgt:



*****************************************************************
* Level2 Version of 600V HS-IGBT/EMCON HEDIODE Models feb 2002    *
*****************************************************************
* INFINEON TECHNOLOGIES AG          duo_p_n60HS_L2.LIB    *
*                                *
*  (V1.0a)         02/02                          *
*                                                               *
* Models provided by INFINEON are not warranted by INFINEON as  *
* fully representing all of the specifications and operating    *
* characteristics of the semiconductor product to which the     *
* model relates. The model describe the characteristics of a    *
* typical device.                                               *
* In all cases, the current data sheet information for a given  *
* device is the final design guideline and the only actual      *
* performance specification.                                    *
* Altough models can be a useful tool in evaluating device      *
* performance, they cannot model exact device performance under *
* all conditions, nor are they intended to replace bread-       *
* boarding for final verification. INFINEON therefore does not  *
* assume any liability arising from their use.                  *
* INFINEON reserves the right to change models without prior    *
* notice.                                                       *
*                                                               *
* This library contains Level 2 models for the following    *
* INFINEON Technologies 600 V HS_IGBT/EMCON HE Power Diodes    *
* devices/chip-models including lead inductances related    *
*                                *
* Model for 600 V HS-IGBT/EMCON-FAST DuoPacks            *
* devices/chip-models including lead inductances related to    *
* packages:                            *
* SKW20N60HS                            *
* SKW30N60HS                            *
*                                 *
* the model is based on the publication:            *
*                                 *
* R.Kraus, P.TFC%rkes, J.Sigg                    *
* Physics-based Models Of Power Semiconductor Devices         *
* For The Circuit Simulator Spice                *
*                                 *
* Power Electronics Specialists Conference, 1998.        *
* PESC 98 Record. 29th Annual IEEE                *
*                                *
* SUPPORTemail:     snipped-for-privacy@infineon.com                *
*****************************************************************
.SUBCKT SKW20N60HS_L2 ano gate kat PARAMS: TJ 3D% 27
LANO    ano    anol        5n
RLAN    ano    anol        1
LKAT    katl    kat        7n
RLK    katl    kat        1
XIGBT    anol    gate    katl    L7xxxU_L2    PARAMS: TJ 3D% A_total 3D%
02E%185    A_aktiv3D%0.142
XDIO    katl    anol        L4XXX-M        PARAMS: TJ 3D% A3D%0.0512    N_ideal 3D% 1.05
.ENDS
.SUBCKT SKW30N60HS_L2 ano gate kat PARAMS: TJ 3D% 27
LANO    ano    anol        5n
RLAN    ano    anol        1
LKAT    katl    kat        7n
RLK    katl    kat        1
XIGBT    anol    gate    katl    L7xxxU_L2    PARAMS: TJ 3D% A_total 3D%
02E%257    A_aktiv3D%0.207
XDIO    katl    anol        L4XXX-M        PARAMS: TJ 3D% A3D%0.067    N_ideal 3D% 1.05
.ENDS
.SUBCKT    L4XXX-M anode    kath PARAMS: TJ3D% 27 A 3D% 1 N_ideal 3D% 1
* physical parameters: Nd 3D% 1.2e14
.PARAM
+q 3D% 1.602e-19        eps0 3D% 8.85e-14    epsi 3D% 11.8
+kb 3D% 1.38e-23        T0 3D% 273    ni0 3D% 1.45e10
+un 3D% 1350        up 3D% 450
.PARAM  tau 3D% 0.5u
.PARAM  Nd 3D% 1.2e14    w0 3D% 70e-4
.PARAM    SF 3D% -1    BV 3D% 800    Rc 3D% .6m
.PARAM    vlimit 3D%1.5e7
.PARAM  Vdiff3D%  0.396m
.PARAM  Ut 3D%    23.5m
.PARAM  D 3D%    15.87
.PARAM  L 3D%    2.817m
.PARAM    Ise0 3D%    
.PARAM    Ise_g  3D%
.PARAM  Ism0 3D%    
.PARAM    Ism_g 3D%
.PARAM  CJ0 3D%    
.PARAM  QN 3D%    
.PARAM  XF 3D%    3610.7
.PARAM    VPT3D%    450
.PARAM  a0 3D%    
.PARAM  a1 3D%    {(up/un)*(1 + a0)/(1 - a0)}
.PARAM  a2 3D%    {0.1/((1 - 0.5*(1 - a1*a1)*(1 - a0)) )}
.PARAM  Rd0 3D%    
.PARAM    Ra 3D%    
RSERIE    anode    ano    
GDE    ano    mi    VALUE 3D%
+ {LIMIT(TANH(1e3*I(VDE))*(((ISE(TJ)**((t0 + TJ)/(t0 +
27)))/ISE(27))**((t0 + 27)/(t0 + TJ))
+ * ABS(I(VDE))**((t0 + 27)/(t0 + TJ)) - ABS(I(VDE))),-1e6,1e6)}
GD0    ano    mi1    VALUE 3D%
+ {LIMIT(TANH(1e3*I(VD0))*(((ISM(TJ)**((t0 + TJ)/(t0 +
27)))/ISM(27))**((t0 + 27)/(t0 + TJ))
+ * ABS(I(VD0))**((t0 + 27)/(t0 + TJ)) - ABS(I(VD0))),-1e6,1e6)}
VDE    ano    ano1    0
DE    ano1    mi    D1
D0    ano2    mi1    D2
VD0    ano    ano2    0
.model    D1    D    (is3D%, N3D% )
.model  D2    D    (is3D%, N3D%2)
VID0    mi1    mi    0
VITOT    kat    kathv    0
EVDIFF    kathv    kath    VALUE 3D% {(TJ + t0)* Vdiff}
EGIR    mi    kat    VALUE 3D%
GID    ano    mi    VALUE 3D% {IQ(V(xj,0),I(VID0),V(q,0),I(VDXJ),TJ) - I(VIJCT)}
RGID    mi    0    100meg
CQB    q    0    1u
RHELP    q    0    1meg
GRQB    q    0    VALUE 3D% {1u*V(q,0)/(Tau*((TJ + t0)/300)**2) }
GIQ    0    q    VALUE 3D% {MAX(I(VID0),0) +
IQ(V(xj,0),I(VID0),V(q,0),I(VDXJ),TJ)}
EXJ    xj1 0    VALUE    {MAX(xj(V(ano,mi),I(VITOT),V(xj1,0)),1e-4) }
CXJ    xj  0    1n
VDXJ    xj1 xj    0
EJUNCT    jct 0    VALUE 3D%
VIJCT    jct cp    0
DJCT    0   cp    DXXX
.MODEL  DXXX    D (is 3D% 1p, CJO3D% )
.FUNC   EG(T)            {1.16 - 7.02e-4*(T + t0)**2/(T + t0 + 1108)}
.FUNC    DA(T)            {2*kb*un*up/q/(un + up)*(T + t0)*(((T + t0)/300)**-1.5)}
.FUNC   ISE(T)          {(T + t0)*un*(((T + t0)/300)**-1.5)*((ise_g*(ni0*((T
+ t0)/300)**1.5*exp(1/(2*8.61e-5)
+ *(-300*EG(T)+(t0 + T)*EG(27))/(T + t0)/300)))
+ *(kb*(ni0*((T + t0)/300)**1.5*exp(1/(2*8.61e-5)*(-300*EG(T)+(t0 +
T)*EG(27))/(T + t0)/300))))}
.FUNC    ISM(T)            {Ism_g*(ni0*((T +
t0)/300)**1.5*exp(1/(2*8.61e-5)*(-300*EG(T)+(t0 + T)*EG(27))/(T +
t0)/300))
+ *sqrt(DA(T)/(Tau*((T + t0)/300)**2))}
.FUNC    xj(V,Y2,X)
{0.5*((XF*XF*((1-limit(V,-VPT,0)))/(Nd+MAX(up*(-Y2)/(un+up),0)/A/q/(vlimit)=
))/MAX(X,.1m)
+ MAX(X,.1m))}
.FUNC    w(V)            {MAX((w0-V)*(1 + a1),1e-4)}
.FUNC    Rd(Z,T)            {w0*w0/(un*QN*(((T + t0)/300)**-1.5) + (un +
up)*MAX(Z,1m*QN)*1e-6*(((T + t0)/300)**-1.5))}
.FUNC    Td(V,U,T)         {a2*w(V)*w(V)/DA(T)/(1 +
w(V)*1e9*LIMIT(U,0,1)/4/DA(T))}
.FUNC    IQ(V,Y,Z,U,T)        {((Tau*((T + t0)/300)**2)*Y -
MAX(Z,1m*QN)*1e-6)/(Td(V,U,T))}
* end of functions
.ends
.SUBCKT L7xxxU_L2 ano gate kat PARAMS: TJ 3D% 27 A_total 3D%
02E%1    A_aktiv3D%0.1
.PARAM
+k3D%1.380622e-23        q 3D% 1.6E-19    t03D%273        ni03D%1.45e10
+eps0 3D% 8.85E-14    epsi 3D%11.8    eox3D% 2.8
+un 3D% 1350        up 3D% 450    u_surf3D%600
+a1 3D% 0.55        vlimit3D% 1.5e7    vsw3D% -0.5
.PARAM tox 3D% 80e-7    ttox 3D% 1.5e-4 wb 3D% 90E-4 lchann 3D% 2.5e-4
.PARAM n_cells 3D%
.PARAM wchann 3D%
.PARAM Agd  3D%
.PARAM Cox  3D%
.PARAM Cgs  3D%
.PARAM Nb 3D% 15E13    taub 3D% 125u Nsource3D% 1.5e17  BV_FW3D%800    BV_RW3D%280
.PARAM Rs 3D% 2.5m     Rg 3D% 0.5
.PARAM Cjs  3D%
.PARAM Cje  3D%
.PARAM Ise_x 3D%
.PARAM Ise_g  3D%
.PARAM Ise_k  3D%
.PARAM    EG0 3D% {1.16 - (7.02e-4*(t0+27)**2/((t0+27)+1108))}
.PARAM    ni_fak 3D%
.PARAM    D  3D% 17.55
.PARAM    L  3D% 46.837m
.PARAM     Q0 3D%
.PARAM    VPT3D% 930
.PARAM    VN 3D%
.PARAM    XF 3D% 294.82u
.PARAM islimit 3D% 0.3f
MFET    d g s s     MOS W3D%,L3D% , IC3D%OFF
GMFET_T d1x    s    VALUE 3D% {LIMIT(I(VINC0)*((TJ+t0)/300)**-1.5,0,1e6) }
GDE    ano    e1    VALUE 3D%
+ {LIMIT(TANH(1e3*I(VDE))*(((ISE2(TJ)**((t0 + TJ)/(t0 +
27)))/ISE2(27))**((t0 + 27)/(t0 + TJ))
+ * ABS(I(VDE))**((t0 + 27)/(t0 + TJ)) - ABS(I(VDE))),-1e6,1e6)}
VDE    ano    anx    0
DE    anx    e1    D1
DS    kat    d1    D2
.MODEL  MOS     NMOS
(LEVEL3D%3,nsub3D%,tox3D%,vmax3D%,uo3D%,C=
GSO3D%1p,CGDO3D%1p)
.MODEL     D1    D    (IS3D%,N 3D%1.1)
.MODEL    D2    D    (IS3D%,CJO3D%,BV3D% )
ETHERM  g_t    g    VALUE 3D%
RG    gate    g_t    {Rg*(((TJ + t0)/300)**1.5)}
RS    s    kat    
EVGCOX     vgcox 0 VALUE { V(ox,kat)- }
RVGC    vgcox 0 100meg
GICOX    g     ox    VALUE 3D% {LIMIT((Cox/100  +
99*Cox*(1+tanh(10*(V(vgcox))))/200)* 1e9*I(VDUGD),-100,100)}
GICGS    g     s        VALUE 3D% {LIMIT((Cgs +
99*Cox*(1+tanh(-10*(V(vgcox))))/200)*1e9* I(VDUGS),-100,100)}
EDEP    d1 ox    VALUE 3D%
RDEP    ox 0    100meg
EGIA    e d1    VALUE 3D%
GIC    d1  kat    VALUE 3D%

RGIC    d1    0    100meg
CQB    b 0    1u
RHELP    b 0    1meg
GRQB    b 0    VALUE   {1u*V(b,0)/(Taub*((TJ + t0)/300)**2) }
GINC    0 b    VALUE    
GINE    b 0    VALUE    
VIA    e1 e    0
EAUX1    d12 s    VALUE 3D%
VINC0    d12 d    0
VINC    d1 d1x    0
EXJ    xj1 0    VALUE    
CXJ    xj  0    1n
VDXJ    xj1 xj    0
EDUGS    du1    0    VALUE
VDUGS    du1    du1c    0
CDUGS    du1c    0    1n
EDUGD    du2    0    VALUE
VDUGD    du2    du2c    0
CDUGD    du2c    0    1n
.FUNC   EG(T)        {1.16 - 7.02e-4*(T+t0)**2/(T+t0 + 1108)}
.FUNC
ni(T)        {1e-10*ni0*((T+t0)/300)**1.5*exp(1/(2*8.61e-5)*(-300*EG(T)+(t0+T)*EG=
(300))/(T+t0)/300)}
.FUNC    psi2(T)        {2*k/q*(T + t0)*(log(Nsource/ni(T)) - log(1e10))}
.FUNC    DVt(T)        {psi2(T) - psi2(27) +
tox*(sqrt(2*eps0*epsi*q*Nsource*psi2(T))
+ - sqrt(2*eps0*epsi*q*Nsource*psi2(27)))/eps0/eox}
.FUNC    DA(T)        {2*k*un*up/q/(un + up)*(T + t0)*(((T + t0)/300)**-1.5)}
.FUNC    LA(T)        {sqrt(DA(T) * Taub*((T+t0)/300)**2) }
.FUNC   ISE2(T)        {LIMIT(1e20*ise_g*k*(T
+t0)*(un*((T+t0)/300)**-1.5)*ni(T)*ni(T),0,1e8)}
.FUNC   Vdep(V,X)    {LIMIT(V - Agd/Cox * (q*Nb)* X,0,V)}
.FUNC    Rb(X,T)        {wb*wb/(un*Q0*(((T + t0)/300)**-1.5) + (un +
up)*MAX(X,1m*Q0)*1e-6*(((T + t0)/300)**-1.5))}
.FUNC    xj(V,X)        {LIMIT(0.5*(XF*XF*(1+LIMIT(V,0,VPT))/MAX(X,.1m)
+MAX(X,.1m)),.1m,wb-1e-4)}
.FUNC    FDX(V,X,T)    
.FUNC    Td(V,X,T)    {LIMIT((0.1/DA(T))*MAX(wb-V,.1m)*MAX(wb-V,.1m)*(1-FDX(V,X,T=
)),-1e6,1e6)}
.FUNC    F1(V,T)        {LIMIT(Taub*((T+t0)/300)**2*(COSH(MAX(wb-V,.1m)/LA(T))-1),-1=
e6,1e6)}
.FUNC    F2(V,X,T)    {LIMIT(0.5*(1+2*FDX(V,X,T)/(1+FDX(V,X,T)*FDX(V,X,T))),-1e6,=
1e6)}
.FUNC    F3(V,X,T)    
.FUNC    QS0(V,T)    {LIMIT(q*A_aktiv*LA(T)*1e10*ni(T)*TANH(0.5*MAX(wb-V,.1m)/LA(=
T)),0,1e6)}
.FUNC    Qbd(Y,Z,V,X,T)    
.FUNC    Qb0(Y,Z,V,X,T)    {LIMIT(2*Qbd(Y,Z,V,X,T)/(F3(V,X,T)+SQRT(F3(V,X,T)*F3(V=
,X,T)

+ +
Td(V,X,T)*3*MAX(ISE2(T),islimit)*Qbd(Y,Z,V,X,T)/QS0(V,T)/QS0(V,T))),0,1e6)}
.FUNC    INE(Y,Z,V,X,T)    {LIMIT(0.75*MAX(ISE2(T),islimit)*(Qb0(Y,Z,V,X,T)/QS0(V=
,T))*(Qb0(Y,Z,V,X,T)/QS0(V,T)),0,1e6)}
.FUNC    IPC(Y,Z,V,X,T)    {LIMIT((1/3)*Y+(4/3)*(Qb0(Y,Z,V,X,T)/F1(V,T)
+
+MAX(Qb0(Y,Z,V,X,T)/Taub/((T+t0)/300)**2+INE(Y,Z,V,X,T)-Y,0)*F2(V,X,T)),0,1=
e6)}
.ENDS



Ich verwende zur Zeit das Modell des SKW20N60HS. Es handelt sich
hierbei um einen IGBT mit eingebauter Freilaufdiode. Insofern werden
durch das Modell eigentlich zwei Bauteile beschrieben.
Wenn ich diese Bibliothek in LTspice einbinde, bekomme ich am Ende der
Simulation die folgende Fehlermeldung:




Circuit: * E:\Projekte\DDx00\doc\igbt2.asc

Error on line 162 : m:u1:igbt:fet u1:igbt:d u1:igbt:g u1:igbt:s
u1:igbt:s u1:igbt:mos w3D% 0.87803144 ,l3D% 2.5e-006  , ic3D%off
    No such parameter on this device
Early termination of direct N-R iteration.
Direct Newton iteration failed to find .op point.  (Use ".option
noopiter" to skip.)
Starting Gmin stepping
Gmin 3D% 10
vernier 3D% 0.5
vernier 3D% 0.25
Gmin 3D% 3.62829
vernier 3D% 0.125
vernier 3D% 0.0625
vernier 3D% 0.03125
vernier 3D% 0.015625
vernier 3D% 0.0078125
vernier 3D% 0.00390625
vernier 3D% 0.00195313
vernier 3D% 0.000976563
Gmin 3D% 3.73824
vernier 3D% 0.000488281
vernier 3D% 0.000244141
vernier 3D% 0.00012207
vernier 3D% 6.10352e-005
vernier 3D% 3.05176e-005
vernier 3D% 1.52588e-005
vernier 3D% 7.62939e-006
vernier 3D% 3.8147e-006
vernier 3D% 1.90735e-006
vernier 3D% 9.53674e-007
Gmin 3D% 3.73824
vernier 3D% 4.76837e-007
vernier 3D% 2.38419e-007
vernier 3D% 1.19209e-007
vernier 3D% 5.96046e-008
vernier 3D% 2.98023e-008
vernier 3D% 1.49012e-008
vernier 3D% 7.45058e-009
vernier 3D% 3.72529e-009
vernier 3D% 1.86265e-009
vernier 3D% 9.31323e-010
Gmin 3D% 3.73824
vernier 3D% 4.65661e-010
vernier 3D% 2.32831e-010
vernier 3D% 1.16415e-010
vernier 3D% 5.82077e-011
vernier 3D% 2.91038e-011

Die Fehlermeldung erscheint erst am Ende des Simulationsdurchlaufes,
wobei die Ergebnisse eigentlich plausibel sind und sich mit
physikalisch durchgefFC%hrten Messungen decken .

Hat jemand schon einmal ein solches Problem gehabt und weiDF%, wie man
es abstellt ?
Bezieht sich die Angabe der Zeile in der Fehlermeldung auf das Modell ?

In den Modell taucht ein Parameter TJ (Chiptemperatur ?) auf. Kann man
hier mF6%glicherweise das Verhalten des IGBT auch bei verschiedenen
Chiptemperaturen simulieren.

Falls hier jemand Rat weiDF%, wE4%re ich fFC%r einen Hinweis sehr dankbar.

Vielen Dank

Ralf Bartling


Re: Infineon IGBT Modell mit LTspice
Quoted text here. Click to load it

...
MFET d g s s MOS W=,L= , IC=OFF
...

Quoted text here. Click to load it

Hallo Ralf,

Im Modellfile gibt es aber nur SKW20N60HS_L2.


Quoted text here. Click to load it


LTspice kennt den Parameter IC=OFF nicht.
In LTspice würde man einfach schreiben:

MFET d g s s MOS W=,L= , OFF

Siehe dazu die Beschreibung über Mosfets in LTspice-Help.
Macht man das, dann hängt LTspice in der Phase
"Gmin stepping". Dann muß man entweder manuell die ESC-Taste
drücken oder besser gleich die Comamnd line hinzufügen:

.options gminsteps=0

Dadurch geht LTspice gleich zu "Source stepping" und
findet auch schnell den Arbeitspunkt.

Das alles läßt sich vermeiden wenn man das "OFF"
komplett wegnimmt. LTspice findet dann sehr schnell
den Arbeitspunkt und startet mit der Transientenanalyse.

MFET d g s s MOS W=,L= ;, OFF

Alles nach dem ";" wird als Kommentar gewertet.

Wahrscheinlich hatten die Programmierer Probleme mit
dem Modell in PSPICE und haben deshalb das "IC=OFF"
eingebaut. Ich hab allerdings in dem Manual PSPCREF.PDF
von PSPICE nichts zu diesem Parameter finden können.



Quoted text here. Click to load it

Bitte ignorieren.


Erklärung siehe oben.

Quoted text here. Click to load it

Ja.


Ja.

.TEMP 25 100

Das ergibt dann zwei Simulationen mit Umgebungstemperatur
25 Grad und 100 Grad. Ich habe jetzt nicht nachgeschaut
wie die Rthj berücksichtigen.



Quoted text here. Click to load it

Noch ein Tipp. Wenn man die Toleranz reduziert dann
läuft die Simulation schneller. Der Default ist 0.001.

.options reltol=0.01

Gruß
Helmut

PS: Infineon sollte besser ihre MOSFET- und IGBT-Modelle
vereinfachen durch Verzicht auf die Temperatur-Simulation.
Diese führt immer wieder zu Konvergenz-Problemen und
generell zu langen Simulationszeiten.



Als Name für den Modellfile habe ich "infi_igbt.lib" genommen.
Angehängt ist mein LTspice-Schaltplan "infi_igbt_test.asc".
Die Namens-Erweiterung muß auf jeden Fall ".asc" sein.


Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE -224 320 -224 272
WIRE -224 448 -224 400
WIRE 144 272 -224 272
WIRE 192 48 192 -16
WIRE 192 160 192 128
WIRE 192 192 192 160
WIRE 192 432 192 288
WIRE 240 160 192 160
WIRE 480 -16 192 -16
WIRE 480 32 480 -16
WIRE 480 160 480 112
FLAG -224 448 0
FLAG 192 432 0
FLAG 480 160 0
FLAG 240 160 vd
SYMBOL voltage -224 304 R0
WINDOW 123 0 0 Left 0
WINDOW 39 0 0 Left 0
SYMATTR InstName V1
SYMATTR Value PULSE(0 10 0 10u 10u 0 20u)
SYMBOL Misc\nigbt 144 192 R0
SYMATTR InstName U1
SYMATTR Value SKW20N60HS_L2
SYMBOL res 176 32 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 10
SYMBOL voltage 480 16 R0
SYMATTR InstName V2
SYMATTR Value 100
TEXT -216 40 Left 0 !.tran 0 20u 0 .1u
TEXT -216 0 Left 0 !.include infi_igbt.lib
TEXT -216 72 Left 0 ;.options plotwinsize=0
TEXT -216 128 Left 0 !.options reltol=0.01
TEXT -216 160 Left 0 ;.options gminsteps=0
TEXT -216 192 Left 0 ;.options gmin=1e-10
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Re: Infineon IGBT Modell mit LTspice
Hallo Helmut,
an dieser Stelle zunE4%chst erst einmal einen herzlichen Dank fFC%r deine
schnelle UnterstFC%tzung. Ausgestattet mit der Kenntnis, dass man den
IGBT auch bei verschiedenen Temperaturen simulieren kann, kann ich nun
auch Aussagen FC%ber die Entwicklung der Schaltverluste bei
verschiedenen Temperaturen treffen.
Ich habe mich mittlerweile auch in der Gruppe von yahoo angemeldet und
bin FC%ber das Angebot an Files und Beispielen wirklich sehr
beeindruckt.
Ich denke, dass sich viele Antworten allein schon aus dem Angebot von
yahoo finden lassen.

GruDF%

Ralf Bartling


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