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  • 電源設計,SPICE熱模型及實例介紹
    • 發(fā)布時間:2023-06-28 20:34:12
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    電源設計,SPICE熱模型及實例介紹
    SPICE 熱模型 MOSFET
    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(tǒng)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(huán)境溫度)
    Tjd(MOSFET 中二極管的結溫)
    溫度連接用作電壓節(jié)點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溫。熱節(jié)點 Tj 和 Tjd 允許用戶輕松監(jiān)控模擬結溫。通常,不應連接這些節(jié)點。熱節(jié)點 Tc 包含有關組件外殼的溫度信息。
    請注意,在熱模型中:
    節(jié)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(tǒng)想象成一組限制溫度作用的電阻器,如圖 2 所示。
    SPICE 熱模型 MOSFET
    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(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
    SPICE 熱模型 MOSFET
    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(shù)據(jù)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(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。
    SPICE 熱模型 MOSFET
    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(jié)點的初始溫度非常重要:
    .ic V(case_溫度)=25
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