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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LTSpice IGBT Problem


Autor: Stefan (Gast)
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Hallo, ich habe heute ein IGBT Modell von Infineon in LTSpice 
eingebunden. Das Einbinden an sich hat funktioniert, aber der IGBT zeigt 
ein merkwürdiges Schaltverhalten. Zuerst hat der IGBT nur in der ersten 
Periode geschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt hatte ich das Lib-File noch im Originalzustand 
(siehe Anhang).

Dann habe ich die Zeile ".SUBCKT IGX50N60T_L2 ano gate kat" in ".SUBCKT 
IGX50N60T_L2 kat gate ano" geändert, weil ich festgestellt habe, dass im 
Symbol des NIGBT Kollektor=Kathode=1, GATE=2 und Emitter=Anode=3 gilt. 
Jetzt schaltet der IGBT konstant aber falsch. Er schaltet gar nicht mehr 
richtig ein (siehe Anhang). Hatte jemand schon einmal ähnliches Problem 
bzw. kann mir sagen was ich falsch gemacht habe?

Autor: Stefan (Gast)
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Die Frage ist eventuell auch, ob der NIGBT überhaupt für ein 
Spice-Modell mit eingebauter parallel geschalteter Diode geeignet ist...

Autor: ghanda (Gast)
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Mit dem Alternate Solver funktioniert es bei mir 5 Takte lang. Du 
könntest mit verschiedenen Einstellungen spielen, aber es wurde hier 
schon wiederholt festgestellt, dass Infineons Formelungetüme - zumindest 
mit LTspice - einfach nur unbrauchbar sind.

Autor: Stefan (Gast)
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Auf die Gefahr hin, dass meine Frage gestern etwas unterging möchte ich 
mich hier nochmal melden. Kann jemand etwas dazu sagen?

Autor: ghanda (Gast)
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Stefan schrieb:
> Die Frage ist eventuell auch, ob der NIGBT überhaupt für ein
> Spice-Modell mit eingebauter parallel geschalteter Diode geeignet ist...
Es ist völlig belanglos ob da eine Diode drinnen ist oder nicht. Das 
Symbol stellt nur die Verbindung zu den Pins im Subcircuit her - wobei 
ich dein "Umdrehen" nicht nachvollziehen kann. Die Bezeichnung 
Anode/Kathode sind sicher nicht der internen Diode geschuldet.

Mit den angehängten Dateien funktioniert es wie gesagt, läuft aber nach 
ein paar Takten in eine Unstetigkeit (die durch die Formeln verursacht 
werden).
Selbst wenn man an der Simulationszeit/Timestep dreht funktioniert es 
nicht mehr.

Versuch es entweder mit Pspice oder suche dir einen äquivalenten Typen 
zu dem es ein brauchbares Modell gibt.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Stefan schrieb:
> Auf die Gefahr hin, dass meine Frage gestern etwas unterging möchte ich
> mich hier nochmal melden. Kann jemand etwas dazu sagen?

Meiner Meinung nach sind die ganzen Infineon IGBT-Modelle die aus diesen 
physiklaischen und zusätzlich obfuscated Modellen (Gleichungsmonster) 
bestehen für die Simulation in Schaltregleranwendeungen nicht brauchbar, 
selbst wenn LTspice die simulieren könnte. Diese physikalischen Modelle 
sind zu aufgebläht. Fazit: Vergiss diese IGBT-Modelle von Infineon, wenn 
du, wie 97% der Entwickler, LTspice verwendest. Selbst bei den 2% PSPICE 
Anwendern habe ich Zweifel ob die mit den Modellen sinnvoll simulieren 
können.
Schreib doch Infineon sie sollten mal brauchbare IGBT-Modelle machen. 
Allerdings habe ich Zweifel ob das hilft nachdem sie das schon seit 
mindestens 10 Jahren nicht machen wollen. Können würden sie das 
bestimmt, aber sie wollen nicht.

Autor: Thomas (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Meiner Meinung nach sind die ganzen Infineon IGBT-Modelle die aus diesen
> physiklaischen und zusätzlich obfuscated Modellen (Gleichungsmonster)
> bestehen für die Simulation in Schaltregleranwendeungen nicht brauchbar,
> selbst wenn LTspice die simulieren könnte. Diese physikalischen Modelle
> sind zu aufgebläht.

Der Meinung bin ich jetzt auch. Aus diesem Grund werde ich jetzt mal bei 
anderen Halbleiterherstellern nach passenden Modellen suchen.

Mal noch eine andere Frage. Ich habe heute auf einem anderen Rechner die 
eingangs angehängten Dateien (Simulationsfile und Lib) testen wollen. Da 
kommt jetzt aber eine Fehlermeldung, dass der Simulator das IGBT-Modell 
nicht finden kann (siehe Anhang). Kann das daran liegen, dass ich auf 
dem Rechner heute die Version LTSpice XVII installiert habe (gestern 
hatte ich eine ältere Version)?
Ich hatte nämlich das Problem gestern bei der Arbeit auch schon und auch 
da habe ich die neueste Version von LTSpice installiert. Muss man das 
Einbinden eines Modells bei der neuen Version anders machen?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Rechter Mausklick auf das IGBT-Symbol im Schaltplan.
Prefix:Z
ändern zu
Prefix:X

LTspiceXVII ünterstützt jetzt intrinsic IGBT Modelle ähnlich(gleich?) 
wie PSPICE. Diese Modelle bekommen in LTspiceXVII den Prefix Z.
Deine Modelel sind aber Subcircuits. Die benötigen den Prefix X, weil 
Bauteile mit Subcircuit Modellen in allen SPICE Programmen mit Xnnn 
bezeichnnet werden.

Autor: Stefan (Gast)
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Ich habe die Simulation jetzt mit einem Modell von Onsemi zum Laufen 
bekommen (siehe Anhang). Allerdings wundert mich, dass das überhaupt 
funktioniert, weil die Pinreihenfolge von NIGBT-Symbol und Spicemodel 
meiner Meinung nach nicht übereinstimmt.

In der Definition des Symbols steht folgendes: C=1, G=2, E=3

Im Spicemodel steht folgendes: .SUBCKT nctb40n60ihlwg 1 2 3
Wobei gilt:
*Node 1 -> a
*Node 2 -> g
*Node 3 -> k

Der IGBT hat eine eingebaute Freilaufdiode. Aus diesem Grund sollte 
a=Anode=Emitter=E und k=Kathode=Collector=C sein. Im Symbol steht der 
Collector an 1. Stelle und der Emitter an 3. Stelle. Im Modell steht 
Collector an 3. Stelle und der Emitter an 1. Stelle. Trotz dieser Sache 
scheint die Simulation zu funktionieren. Ich habe mal testweise in der 
Zeile .SUBCTK... die Zahlen 1 und 3 vertauscht. Aber dann schaltet der 
IGBT in der Simulation nicht mehr.
Wie sieht Ihr das Ganze? Hab ich einen Denkfehler oder macht das alles 
Sinn?

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Das Modell (subcircuit) passt in der Pinreihenfolge zum IGBT Symbol in 
LTspice.

Bei IGBT sind halt die Bezeichnungen der Pins etwas wirr. Da scheint 
jeder sein eigenes Süppchen zu kochen. Andere reden von Collector, Gate, 
Emitter. Aber auch das sieht zunächst komisch aus da Collector dort den 
Emitter des PNP meint.
Alle Namen gehen aber richtigerweise davon aus, dass beim IGBT "oben" 
plus anliegt (Anode) beziehungsweise Strom hineinfließt (Collector) und 
beim "unteren" Anachluss Minus (Kathode) ist bzw. der Strom herausfließt 
(Emitter). So wird für beide Arten der Anschlussbezeichnungen ein Schuh 
draus. Beide sind richtig.

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan (Gast)
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Also irgendwie hab ich  es mit dem IGBT einbinden in LTSpice nicht so:)

Klappt irgendwie schon wieder nicht. Dieses Mal möchte ich einen IGBT 
von Fairchild einbinden. Die stellen neuerdings richtige LTspice-Modelle 
zum Download bereit. Die Bauteile gibt es dabei bereits fertig als 
Symbol. Zusätzlich gibt es noch ein verschlüsseltes txt-File, das 
vermutlich das Spice-Modell enthält (siehe Anhang).

Ich habe das Einbinden mit der Schaltung aus dem Anhang versucht. Aber 
da bekomme ich leider die Fehlermeldung "Unkknown subcircuit...". Die 
Simulation scheint also aus irgendeinem Grund das Modell des IGBT  nicht 
zu finden.

Ich habe das Symbol (.asy) mal mit dem Editor geöffnet. Da ist mir 
aufgefallen, dass das Symbol anscheinend mit keinem Spice-Modell 
gekoppelt ist

Kann mir jemand sagen was ich machen muss, damit das Ganze klappt?

Autor: Stefan (Gast)
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Ich hab es geschafft. Klappt mit folgender Anweisung:

.include FAIRCHILD_igbt_fs1_650V_rev4_ltspice.txt


Aber leider braucht die Simulation ewig.

Hab es jetzt mit verschiedenen IGBTs von Fairchild in meiner richtigen 
Schaltung ausprobiert und habe immer das gleiche Verhalten. Entweder 
dauert es in der Simulation schon ewig bis die Matrix initialisiert 
(Meldung kommt wird bevor Simulation startet) oder es kommt zu 
Konvergenzproblemen und die Simulation hält an bzw. läuft extrem 
langsam.

Die IGBTs von Infineon lassen sich leider auch nicht besser simulieren. 
Und auch mit denen von Onsemi hatte ich Konvergenzprobleme.

Weiß denn jemand eine Quelle für gut simulierbare IGBT-Modelle für 
LTSpice?

Ist schon echt schade, dass man in LTSpice da nicht einfach verschiedene 
IGBT auswählen kann, so wie es beim MOSFET der Fall ist.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Füge noch diese Zeile ein.

.option gmin=1e-10


In der Statuszeile unten zeigt LTspice sehr lange diesen Kommentar:

Initializing circuit matrix


Das kann bei der einfachen Schaltung nur daran liegen, dass in dem 
Modell sehr viele Formeln sind (Monstergleichungen). So etwas kenne ich 
eigentlich nur von Infineon Modellen.

Autor: Stefan (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Füge noch diese Zeile ein.
>
> .option gmin=1e-10

Das bringt leider auch keine Verbesserung. Hab es gerade getestet.

Helmut S. schrieb:
> Das kann bei der einfachen Schaltung nur daran liegen, dass in dem
> Modell sehr viele Formeln sind (Monstergleichungen). So etwas kenne ich
> eigentlich nur von Infineon Modellen.

Und genau das ist auch das grundlegende Problem. Die IGBT-Modelle der 
Hersteller sind alle viel zu aufgebläht.

Deswegen werde ich jetzt dazu übergehen, mir mein Modell selber zu 
bauen.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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> .option gmin=1e-10

> Das bringt leider auch keine Verbesserung. Hab es gerade getestet.

Du musst den Normal-solver nehmen. Damit läuft die Simulation durch egal 
ob du LTspiceIV oder LTspiceXVII nimmst.

Control Panel -> SPICE -> Reset to default

Autor: Stefan (Gast)
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Also irgendwie kommt mir das so vor, als ob der NIGBT in LTSpice 
schlecht umgesetzt ist. Ich habe jetzt ein recht einfaches Modell eines 
IGBT von IR getestet und selbst bei diesem IGBT kommt es in meiner 
Simulation zu massiven Konvergenzproblemen.

Der IGBT hat folgendes Spice-Modell:

.MODEL IRGBC20F NIGBT
+ TAU=263.96E-9
+ KP=.82992
+ AREA=32.000E-6
+ AGD=4.0000E-6
+ VT=5.6227
+ KF=1.8345
+ CGS=1.2212E-9
+ COXD=5.4740E-9
+ VTD=-6.4920

Wenn ich das Modell in der IGBT_Test.asc Simulation von oben teste, geht 
alles problemlos. Wenn ich den IGBT aber in der Simulation eines 
Dreiphasen-Umrichters (die Simulation kann ich hier leider aus 
Geheimhaltungsgründen nicht zeigen) teste, kommt es zu massiven 
Konvergenzproblemen. Die Dreiphasen-Umrichter-Simulation läuft komplett 
problemlos, wenn ich sie mit dem MOSFET R6020PNJ betreibe. Wenn ich den 
MOSFET (kommt in der B6-Brücke sechmsmal vor) gegen den IGBT IRGBC20F 
(und zusätzlicher Freilaufdiode) austausche, kommt es zu massiven 
Konvergenzproblemen. Da das Modell des IGBT absolut minimalistisch ist, 
deutet das aus meiner Sicht darauf hin, dass der IGBT formelmäßig 
schlecht in LTSpice realisiert ist.

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Hallo Stefan,

Dein Beispiel läuft auch ohne jede Zusatzmaßnahme. Siehe Anhang.


Ich habe vor einiger Zeit ein NIGBT Modell getestet. Damals war ich 
verblüfft, dass ein intrinsic IGBT Modell schlecht konvergiert.

Damals hat folgendes geholfen.

1.
Normal solver
.options gmin=1e-10 abstol=1e-10

2.
Alternativvorschlag
Control Panel -> SPICE Solver:Alternate

3.
Alternativ zu 1 oder 2 hatte es es geholfen 10pF von Drain nach Masse 
einzufügen.


Hast du auch die neueste Version von LTspiceXVII?
LTspiceXVII mit Administrator-Rechten starten
Tools -> Sync Release

Gruß
Helmut

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefan (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Dein Beispiel läuft auch ohne jede Zusatzmaßnahme. Siehe Anhang.

Ja, das stimmt. Das habe ich ja bereits oben geschrieben. Wie gesagt, in 
der IGBT_Test.asc Simulation läuft das Modell problemlos. Ganz im 
Gegensatz zu meiner Simulation mit dem Dreiphasen-Umrichter.

Helmut S. schrieb:
> 1.
> Normal solver
> .options gmin=1e-10 abstol=1e-10

Diese Einstellungen habe ich in der Simulation vom Dreiphasen-Umrichter 
drin.

Helmut S. schrieb:
> 2.
> Alternativvorschlag
> Control Panel -> SPICE Solver:Alternate

Das habe ich gerade gestestet. Die Umstellung auf den Alternate-Solver 
bringt leider keine Verbesserung.

Helmut S. schrieb:
> 3.
> Alternativ zu 1 oder 2 hatte es es geholfen 10pF von Drain nach Masse
> einzufügen.

Auch das habe ich gerade gestestet. Leider bringt aber auch diese 
Änderung keine Verbesserung.

Helmut S. schrieb:
> Ich habe vor einiger Zeit ein NIGBT Modell getestet. Damals war ich
> verblüfft, dass ein intrinsic IGBT Modell schlecht konvergiert.

Genau das bestätigt meine Vermutung. Vermutlich liegt das auch daran, 
dass Linear Technology keine IGBT-Treiber baut und somit wenig Interesse 
an einem gut funktionierenden intrinsic IGBT Modell hat. Das Ganze finde 
ich ehrlich gesagt echt schade, weil ich LTSpice ansonsten für ein 
geniales Simulationsprogramm halte.

Viele Grüße
Stefan

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Hallo Stefan,

Hast du bei den Kondnesatoren und Spule(n) im Lastkreis auch einen 
Serienwidersatnd definiert?
Falls nicht mach das mal.

Allerdings bei der Spannnungsquelle am Eingang ist es konvergenzmäßig 
meistens besser in der V-Quelle keinen Serienwiderstand zu haben.


Du könntest deine Schaltung auch mal Mike, dem Entickler von LTspice, 
schicken. Die email-Adresse ist in der Help-About.

Gruß
Helmut

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Autor: Stefan (Gast)
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Helmut S. schrieb:
> Hast du bei den Kondnesatoren und Spule(n) im Lastkreis auch einen
> Serienwidersatnd definiert?
> Falls nicht mach das mal.

Im Lastkreis war bei den Spulen schon immer ein Widerstand drin. Bei den 
Kondensatoren hab ich jetzt gerade noch einen reingebaut. Aber es bleibt 
dabei, dass die Simulation nicht konvergiert.

Helmut S. schrieb:
> Du könntest deine Schaltung auch mal Mike, dem Entickler von LTspice,
> schicken. Die email-Adresse ist in der Help-About.

Das wäre an und für sich eine gute Idee, um bei Linear Technology auf 
allgemeine Konvergenzprobleme mit dem NIGBT hinzuweisen. Nur leider 
unterliegt meine Schaltung wie bereits erwähnt der Geheimhaltung. Aber 
es wäre sicher gut, wenn da mal jemand bei LT auf dieses Problem 
hinweisen würde.

Viele Grüße

Autor: Helmut S. (helmuts)
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>  Aber es wäre sicher gut, wenn da mal jemand bei LT auf dieses Problem
hinweisen würde.

Dann schreib doch eine email ohne Schaltung.

Autor: Microwave (Gast)
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Stefan schrieb:
> Nur leider
> unterliegt meine Schaltung wie bereits erwähnt der Geheimhaltung.

Bau kurz eine allgemeine H-Brücke mit Antiparallel-Dioden, und eventuell 
sonstiger Snubber-Beschaltung. Lastseitig hängt eine RL-Schaltung. Für 
jedes der IGBT-Gates nimmst du eine Pulsquelle mit der Spannung deines 
Treiberausgangs, oder -9/+15 V. Wenn du diese allgemeine Schaltung nach 
Lehrbuch trotz der bislang diskutierten Massnahmen nicht zum Laufen 
bekommst, weihe diesen LTSpice-Betreuer ein.

Freundliche Grüsse - Microwave

Autor: Microwave (Gast)
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Edit: Wenn das klappt, erweitern auf 3Ph. Da das auch eine 
Lehrbuch-Schaltung ist, hat diese meiner Meinung nach auch problemlos zu 
laufen.

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