原创 SPICE热模型及热动态模型

2021-4-2 15:33 617 2 4 分类: EDA/ IP/ 设计与制造

SPICE模型中还包括用来进行热仿真的“热模型(Thermal Model)”和“热动态模型(Thermal Dynamic Model)”。首先介绍一下热模型。希望通过以下的介绍能够大致了解热模型。

热模型(Thermal Model)

热模型是用来在电路上进行热路计算的、相当于瞬态热阻的电路模型。热阻用R来表示,热容用C来表示。下面是热路和电气电路之间的转换关系。

从公式可以看出,将功耗Pd作为电流I施加于热模型Rth,可将结温Tj作为电压进行监测。

作为参考,下面给出表面贴装型和通孔插装型的热模型。
表面贴装型是模拟从芯片到PCB的Rth(j-a)模型,通孔插装型是模拟从芯片到引线框架的Rth(j-c)模型。

有些产品的技术规格书中也会提供热模型。点击右侧的技术规格书图片可以放大图片查看,箭头指向的表格及其下方的电路图仅供参考。

下面是通过仿真得出的2SCR523UB(通用放大NPN晶体管)的热模型特性(瞬态热阻)曲线图。逐步施加恒定电流1A,并监测了Tj引脚的电压。

接下来是该热模型的使用示例。在该示例中,监测了晶体管的功率Pd和结温Tj。对Ta施加适当的偏置电压(在此施加25℃=25VDC)。

如上段曲线图所示,进行开关动作的晶体管2SCR523UB的温度与开关联动并上升。这样可以监测Tj的瞬态变化。


简单介绍了SPICE模型中的热模型(Thermal Model),它是用来进行热仿真的SPICE模型之一。下面将简单介绍另一个热仿真用的SPICE模型,即热动态模型(Thermal Dynamic Model)。

什么是热动态模型

热动态模型是内置了上一篇文章中介绍的热模型,并且其特性通过自发热而改变的SPICE模型。它是通过部件的损耗和模型内置的Thermal Model来计算Tj,并将该Tj反映在部件的电气特性中。

下面是热动态模型的源代码示例。这里的部件是SiC肖特基势垒二极管(SCS220),但思路和上图一致,是在SiC-SBD的子电路模型中添加了热模型。

下面介绍热动态模型的使用示例。请将电路看做是本文最前面给出的电路示意图。Q1是配有散热器的SiC MOSFET,条件为Ta=25℃(给Ta引脚施加25VDC)。获得的仿真结果是,Tj通过MOSFET的开关而上升(图表上段),Q1的特性随Tj的变化而变化(中段、下段)。

关键要点:

・热动态模型是内置热模型并且其特性由自发热而变化的SPICE模型。

・SPICE模型中热动态模型是在元器件的子电路模型中添加了热模型的模型。

・通过SPICE模型中内置的热模型计算出Tj,并将该Tj反映到元器件的电气特性中。


来源:techclass.rohm

文章评论2条评论)

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我的果果超可爱 2021-4-6 09:01

学习了

yzw92 2021-4-6 06:46

谢谢分享
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techff 2021-04-16 15:27
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