I SiC sono ormai una realtà. Il mercato mette, oggi, a disposizione non solo i MOSFET, ma anche altre tipologie di componenti, come i transistor a giunzione, i diodi PiN e i diodi schottky. Un viaggio che contempla la ricerca del componente, il disegno di un appropriato schema elettrico, la simulazione con “LTspice” e la produzione di grafici e analisi.

I modelli SPICE sono sempre più diffusi

Le aziende e i progettisti, ormai, utilizzano in maniera massiccia i software di simulazione elettronica. E’ impensabile, oggi, approntare un circuito elettronico senza cognizione di causa realizzandolo praticamente. Occorre, al contrario, simulare tutti i comportamenti fisici ed elettronici dei componenti e, se è il caso, si deve modificare il circuito verificando il funzionamento in tempo reale. Un sistema composto da centinaia o, addirittura, da migliaia di elementi non può essere realmente montato, smontato e ricostruito varie volte. Si perderebbe tanto denaro e tempo prezioso. Proprio per questo motivo, come è stato il caso per i transistor e i diodi al Silicio, si stanno diffondendo sempre più i modelli SPICE per i software di simulazione elettronica. Si tratta di speciali librerie di informazioni, importabili nei più importanti programmi di elettronica, che contengono tutte le direttive di comportamento dei componenti elettronici. Anche i SiC stanno seguendo questa strada e i costruttori stanno distribuendo, accanto ai propri datasheet, anche i relativi modelli SPICE, pronti per essere inseriti in uno schema elettrico, utilizzati e simulati.

Il supporto di GeneSiC Semiconductor Inc.

GeneSiC Semiconductor, uno dei più importanti produttori di componenti elettronici SiC, accoglie in pieno l’idea di distribuire anche i modelli di ogni dispositivo, proprio per dare la possibilità, a tutti i progettisti, di testare virtualmente, i nuovi componenti elettronici di potenza. MOSFET SiC, diodi Schottky SiC, SiC PiN e transistor a giunzione SiC posseggono, tra tutte le altre documentazioni utili, anche il relativo modello SPICE, pronto per essere importato e utilizzato con il proprio software di simulazione elettronica preferito. Vediamo le diverse possibilità offerte da GeneSiC a riguardo.

Modelli SPICE all’interno dei datasheet

Probabilmente la GeneSiC Semiconductor è una delle prime aziende a includere il modello SPICE all’interno del datasheet. L’azienda fornisce alcune possibilità per ottenere le informazioni di simulazione:

• all’interno dei datasheet è presente un link dell’archivio zippato del modello SPICE, come si può osservare dalla figura 1;
• sempre dentro alcuni datasheet ufficiali (non tutti), sono presenti una o più pagine contenenti il modello SPICE in forma esplicita, come evidenziato in figura 2. E’ sufficiente copiare e incollare il modello all’interno delle librerie del proprio software di simulazione elettronica.

Figura 1: il link del modello SPICE nei datasheet ufficiali dei componenti

Figura 2: per alcuni componenti SiC, il modello SPICE è contenuto esplicitamente all’interno dei datasheet

Modelli SPICE scaricabili direttamente dal sito del produttore

GeneSiC Semiconductor mette anche a disposizione sul sito i modelli SPICE della maggior parte dei componenti, in formato zippato. Come si può osservare in figura 3, l’elenco dei dispositivi prevede una colonna dedicata proprio a tale possibilità. Solitamente in tale archivio sono contenute le seguenti tipologie di documenti:

• files in formato PDF: contengono le documentazioni per l’utilizzo del modello;
• file in formato TXT: contiene notizie riguardanti garanzie di funzionamento dei componenti. L’azienda specifica che i modelli SPICE, pur prevedendo un funzionamento conforme alle specifiche dei componenti, in alcune condizioni operative estreme potrebbero subire variazioni di funzionalità;
• files in formato LIB: costituiscono le librerie vere e proprie;
• files in formato ASY: costituiscono i simboli elettrici che rappresentano i vari componenti.

Figura 3: GeneSiC Semiconductor mette a disposizione i modelli SPICE direttamente scaricabili dalla rete

Esempio applicativo con i Diodi SiC PiN

Questo esempio prevede l’applicazione del diodo SiC PiN in uno schema elettrico generico. Il modello del componente è il GA01PNS80-220 (vedi in figura 4) che prevede le seguenti caratteristiche elettriche:

• tensione inversa: 8 kV;
• corrente diretta: 2 A;
• temperatura di funzionamento: da -55° C a +175° C.

Il modello SPICE, in questo caso, è contenuto all’interno del datasheet. Dal momento che il componente è un diodo, la codifica prevede la direttiva “.MODEL” e non “.SUBCKT”. Il modello è il seguente:

.MODEL GA01PNS80 D
+ IS 9.2491e-015
+ RS 1.02512
+ N 3.3373
+ IKF 0.00011784
+ EG 3.23
+ XTI 25
+ TRS1 -0.0024
+ CJO 2.7E-11
+ VJ 2.304
+ M 0.376
+ FC 0.5
+ BV 8000
+ IBV 1.00E-03
+ VPK 8000
+ IAVE 1
+ TYPE SiC_PiN
+ MFG GeneSiC_Semi

Lo schema prevede la misura della corrente inversa del diodo, con una tensione ai capi compresa tra 0 V e 10000 V. Come si nota dal grafico della figura 5, la tensione di rottura è di circa 8000 V, al raggiungimento della quale il diodo comincia a condurre inversamente. Il comportamento del diodo in simulazione, in questo caso, è ideale. La curva del componente reale è leggermente più morbida e arrotondata in prossimità della tensione di breakdown.

Figura 5: tipica caratteristica inversa del diodo alla temperatura di 27° C

Conclusioni

La possibilità di utilizzare i modelli SPICE apre un vasto mondo per la simulazione dei circuiti elettronici, in maniera veloce e senza dispersione di tempo e denaro. Le simulazioni, inoltre, avvengono senza alcun pericolo, in quanto esse sono effettuate tramite software e il progettista può, così, testare e collaudare sistemi funzionanti anche a migliaia di Volt.