原创 SPICE热模型及热动态模型

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。

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）。

来源：techclass.rohm