GaN HEMT的SPICE模型使用指南及示例

GaN HEMT的SPICE模型使用指南及示例总结

本文档基于GaN HEMT的实测特性描述了当前版本的模型。该模型专为与PSpice和LTspice配合使用而开发。本文档首先介绍该模型，然后提供将模型导入PSpice和LTspice的说明，最后比较一些测试和仿真结果。按照以下说明正确加载模型后，晶体管符号将如图1所示出现。

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一、模型概述

• ‌目的‌：作为开发辅助工具，确保首次设计成功，GaN Systems®提供了PSpice和LTspice的仿真模型。
• ‌特点‌：由于GaN Systems晶体管的典型开关频率与热现象相关的响应时间相当，因此开发了完整的电热模型。该模型基于GaN HEMTs的实测特性。

二、模型组成

• ‌电热模型‌：通过单独的热网络实现，允许进行自热模拟。提供封装级模型，并包括封装热阻抗。
• ‌T1端子‌：用于监测温度变化，不应与基板连接混淆。可接地以禁用自热功能。
• ‌温度依赖性‌：模型已校准，包括饱和电流和漏源电阻的温度依赖性。

三、模型文件与导入

• ‌文件类型‌：模型包含.lib（模型库）和.olb（部件符号）两个文件。
• ‌导入步骤‌（以PSpice为例）：
  1. 将.lib和.olb文件保存到Cadence工具的指定目录。
  2. 在原理图中打开“Place -> Part”，添加库，选择并放置GaN HEMT部件。
  3. 在仿真配置文件中添加模型库。

四、仿真参数调整

• ‌收敛性‌：为改善模型收敛性，建议调整PSpice参数VNTOL为10uV，ABSTOL为1.0nA。
• ‌其他参数‌：根据具体应用，可能需要调整其他参数。启用“Auto Converge”并修改最大时间步长（如需）。

五、模型应用与示例

• ‌IV特性‌：提供了测量和模拟的IV输出特性比较，使用50µs脉冲宽度限制自热。
• ‌电容特性‌：使用电容计和Agilent B1505A曲线示波器表征了不同端子间的非线性电压依赖电容。
• ‌半桥实现‌：展示了典型半桥实现，其中高侧器件的自热电路已禁用，低侧器件的T1端子用于监测温度变化。
• ‌双脉冲测试‌：提供了双脉冲测试切换电路示例和模拟波形，包括寄生电感引起的电压过冲和振荡。

六、LTspice使用说明

• ‌文件导入‌：下载.lib和.asy文件，解压缩到工作目录，然后在LTspice中添加组件。
• ‌收敛性设置‌：提供了用于实现半桥功率开关电路一致收敛的选项设置。

七、注意事项

• ‌热节点使用‌：热网络应与电气网络分开处理。T1节点可用于禁用自热功能或监测结温变化。
• ‌禁用与监测‌：展示了如何连接T1节点以禁用自热功能或监测温度变化。
• ‌避免的连接‌：指出了不应使用的连接，以避免影响模型性能。

八、总结

• GaN HEMT模型已在PSpice和LTspice中实现，显示出良好的收敛性，适用于模拟开关电路。该模型将随着更多表征数据的收集而持续改进。