【電源設(shè)計(jì)】SPICE熱模型及實(shí)例分享-KIA MOS管

圖 1：傳統(tǒng) SPICE 模型和熱模型

熱模型

通常，熱模型在仿真中較慢，因?yàn)槌苏ｋ姎夂碗娮有袨榈挠?jì)算之外，仿真器還必須處理系統(tǒng)的所有熱方程，這涉及大量計(jì)算工作。

熱模型的新端子如下：

Tc（外殼溫度）

Tj（結(jié)溫）

Ta（環(huán)境溫度）

Tjd（MOSFET 中二極管的結(jié)溫）

溫度連接用作電壓節(jié)點(diǎn)并與電氣部件電隔離。模型可能具有這些參數(shù)中的一些，而不一定是全部。通常，結(jié)溫包含在模型中，因此用戶只需定義“外殼溫度”和環(huán)境溫度。其他時候，還必須由用戶定義或查詢結(jié)溫。熱節(jié)點(diǎn) Tj 和 Tjd 允許用戶輕松監(jiān)控模擬結(jié)溫。通常，不應(yīng)連接這些節(jié)點(diǎn)。熱節(jié)點(diǎn) Tc 包含有關(guān)組件外殼的溫度信息。

請注意，在熱模型中：

節(jié)點(diǎn)中的電壓表示溫度，以°C 表示。

電阻表示熱阻，以°C/W 表示。

為了充分理解熱轉(zhuǎn)變的工作原理，可以將系統(tǒng)想象成一組限制溫度作用的電阻器，如圖 2 所示。

圖 2：溫度根據(jù)其形狀、尺寸和材料從一個組件傳遞到另一個組件。

一個實(shí)際例子

以下實(shí)際示例使用 Cree C3M0060065D SiC MOSFET 模型，如圖 3 所示。它是采用 TO-247-3 封裝的組件，具有以下特性：

電壓：650 伏

編號：37

ID（脈沖）：99 A

RDS(on): 60 mΩ

可以方便地與其他試樣并聯(lián)

案例：TO-247-3

Vgs：介于 –8 V 和 19 V 之間（推薦電壓為：15 V [on]、–4 V [off]）

鈀：150 瓦

Tj：–40°C 至 175°C

TL：最高密封溫度 260°C

熱電偶：0.99°C/W

熱：40°C/W

圖 3：Cree 的 C3M0060065D 功率 MOSFET

圖 4 中的圖表顯示了一個經(jīng)典的電子開關(guān)，它通過 96 V 的電源提供 10 Ω 的電阻負(fù)載（負(fù)載上的電流約為 9.6 A）。讓我們檢查一下該方案的電氣特性：

MOSFET 數(shù)據(jù)表推薦的柵極電壓 (V2)：15 V

使用的 SiC MOSFET：Cree 的 C3M0060065D

負(fù)載電阻：10Ω

電路電源電壓：96V

現(xiàn)在讓我們檢查該方案的熱特性：

環(huán)境溫度：25°C

散熱器熱阻（R2）：20°C/W

因此，盡管接線圖使用了 25 V 的電壓發(fā)生器和 20 Ω 的電阻器 R2，但此類組件僅用于配置熱系統(tǒng)，不具備電氣功能。

圖 4：熱原型的接線圖

在接線圖中，同樣使用以下 SPICE 指令設(shè)置節(jié)點(diǎn)的初始溫度非常重要：

.ic V(case_溫度)=25

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