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九條小魚兒
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功率MOSFET應(yīng)用指南-7-RC熱阻模型及熱仿真

一. 熱阻抗的定義:

我們今天要談及的MOSFET的熱阻模型其實(shí)是指熱阻抗Zth,它包含了兩部分:熱阻和熱容,即Zth=Rth+Cth。他們都是MOSFET固有的物理屬性。

熱阻Rth:是指當(dāng)有熱量在物體上傳輸時(shí),在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值。

熱容Cth:當(dāng)一系統(tǒng)由于加給一微小的熱量dQ而溫度升高dT時(shí),dQ/dT 這個(gè)量即是該系統(tǒng)的熱容。

如果作用在MOSFET上的是瞬時(shí)的脈沖功率,由于熱容的效應(yīng),元件體現(xiàn)出的熱阻抗較小;如果元件承受了>1s的脈沖功率,元件趨近達(dá)到熱平衡,熱容的效果將不復(fù)存在,Zth幾乎和Rth相等。下面的的瞬時(shí)熱阻抗圖就說明了這一特性:

結(jié)點(diǎn)溫升:根據(jù)熱阻抗的定義,要想計(jì)算出結(jié)點(diǎn)溫升,那么就需要作用在MOSFET上的脈沖功率及元件的熱阻抗值,然后用下面的公式就可以計(jì)算出溫升:


二. RC熱阻模型的建立

如果電阻抗Z=電阻R+電抗C一樣,熱阻抗Zth=熱阻Rth+熱容Cth;同理,電子領(lǐng)域的電流就等同于熱領(lǐng)域中的元件功率;電壓值也可以等效為溫度值。具體的等效對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表:

根據(jù)這樣的等效關(guān)系,我們就可以將元件的熱阻抗Zth以電子的R和C來呈現(xiàn)出來,并通過電路仿真的方法求得元件的溫升值。

這種模型的等效也是各大MOSFET供應(yīng)商認(rèn)可的較快速的評(píng)估方法。所以在元件的網(wǎng)站上也都會(huì)給出所對(duì)應(yīng)的的RC熱阻模型,我們只需要下載下來,將RC模型進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的賦值即可。如下圖所示:


三. 基于LTspice的熱仿真實(shí)例

下面的實(shí)例是一個(gè)MOSFET的高邊開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路,其中右側(cè)的C1,C2,C3,C4,R4,R5,R6和R7組成的是元件的熱阻模型,其中的電容值和電阻值也都是根據(jù)供應(yīng)商給出的模型進(jìn)行設(shè)定的。將電流源激勵(lì)B1的值設(shè)為作用在元件上的功率值,Vmb1為元件焊接襯底的初始值,當(dāng)運(yùn)行LTspice后,電流源B1后的電壓值即為元件結(jié)合點(diǎn)溫度Tj。


綜上所示,MOSFET的RC熱阻模型為我們?cè)脑O(shè)計(jì)選型提供較為簡(jiǎn)單快速的評(píng)估方法,將設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)降低!

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  • 星球居民-e6kAxsbs 2020-10-12 09:17
    能不能講講在實(shí)際中如何選擇,實(shí)際的拓?fù)渲械玫絤os管的損耗,然后在仿真中得到溫度,再實(shí)測(cè)出溫度,進(jìn)行對(duì)比
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  • iHlyn 2020-10-09 16:05
    大開眼界,真是好文
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  • 高導(dǎo)科技01 2020-10-07 15:37
    講的真好!
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  • 高導(dǎo)科技01 2020-10-07 15:37
    不好意思,我是材料類工廠業(yè)務(wù),貴司設(shè)計(jì)的熱阻模型項(xiàng)目有需要導(dǎo)熱界面材料嗎?可以來電咨詢。18126446330張生,如有叨擾,還請(qǐng)見諒。
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