【電源設計】SPICE熱模型及實例分享-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-03-30
圖 1：傳統 SPICE 模型和熱模型
熱模型
通常，熱模型在仿真中較慢，因為除了正常電氣和電子行為的計算之外，仿真器還必須處理系統的所有熱方程，這涉及大量計算工作。
熱模型的新端子如下：
Tc（外殼溫度）
Tj（結溫）
Ta（環境溫度）
Tjd（MOSFET 中二極管的結溫）
溫度連接用作電壓節點并與電氣部件電隔離。模型可能具有這些參數中的一些，而不一定是全部。通常，結溫包含在模型中，因此用戶只需定義“外殼溫度”和環境溫度。其他時候，還必須由用戶定義或查詢結溫。熱節點 Tj 和 Tjd 允許用戶輕松監控模擬結溫。通常，不應連接這些節點。熱節點 Tc 包含有關組件外殼的溫度信息。
請注意，在熱模型中：
節點中的電壓表示溫度，以°C 表示。
電阻表示熱阻，以°C/W 表示。
為了充分理解熱轉變的工作原理，可以將系統想象成一組限制溫度作用的電阻器，如圖 2 所示。
圖 2：溫度根據其形狀、尺寸和材料從一個組件傳遞到另一個組件。
一個實際例子
以下實際示例使用 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
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典的電子開關，它通過 96 V 的電源提供 10 Ω 的電阻負載（負載上的電流約為 9.6 A）。讓我們檢查一下該方案的電氣特性：
MOSFET 數據表推薦的柵極電壓 (V2)：15 V
使用的 SiC MOSFET：Cree 的 C3M0060065D
負載電阻：10Ω
電路電源電壓：96V
現在讓我們檢查該方案的熱特性：
環境溫度：25°C
散熱器熱阻（R2）：20°C/W
因此，盡管接線圖使用了 25 V 的電壓發生器和 20 Ω 的電阻器 R2，但此類組件僅用于配置熱系統，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 指令設置節點的初始溫度非常重要：
.ic V(case_溫度)=25
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