包含熱模型的新型MOSFET PSPICE模型

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　　1. 引言

　　散熱器在計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差，一般說(shuō)來(lái)主要原因是很難精確地預(yù)先知道功率損耗，每只器件的參數(shù)參差不齊，并不是一樣的，而且在芯片上各處的溫度也是不同的。結(jié)果是，安全的裕度可能離開最優(yōu)值很遠(yuǎn)?，F(xiàn)在出現(xiàn)了很多功能很強(qiáng)的模擬仿真工具，因此有可能在預(yù)測(cè)功率損耗和熱設(shè)計(jì)的校核方面做一些改

　　2. 熱阻

　　發(fā)散出去的功率Pd 決定於導(dǎo)熱性能，熱量流動(dòng)的面積以及溫度梯度，如下式所示：

　　Pd=K*An?dT/dx (2.1)

　　式中 An 是垂直於熱量流動(dòng)方向的面積，K 是熱導(dǎo)，而T是溫度?？墒沁@個(gè)公式并沒(méi)有甚麼用處，因?yàn)槊娣eAn 的數(shù)值我們并不知道。對(duì)於一只半導(dǎo)體器件，散發(fā)出去的功率可以用下式表示：

　　Pd=?T/Rth (2.2)

　　以及 　　Rth = ?T/ Pd (2.3)

　　其中?T 是從半導(dǎo)體結(jié)至外殼的溫度增量，Pd 是功率損耗，而Rth 是穩(wěn)態(tài)熱阻。芯片溫度的升高可以用式(2.2) 所示的散熱特性來(lái)確定?？紤]到熱阻與時(shí)間兩者之間的關(guān)系，我們可以得到下面的公式：

　　Zth(t)= Rth?[1-exp(-t/t )] (2.4)

　　其中(是所討論器件的半導(dǎo)體結(jié)至外殼之間的散熱時(shí)間常數(shù)，我們也認(rèn)為 "Pd" 是在脈沖出現(xiàn)期間的散發(fā)出去的功率。那麼，我們可以得到：

　　?T(t)=Pd? Zth(t) (2.5)

　　如果 Pd 不是常數(shù)，那麼溫度的瞬態(tài)平均值可以近似地用下式表示：

　　?T(t)=Pavg(t) ?Zth(t) (2.6)

　　其中Pavg(t) 是散發(fā)出去的平均功率。作這個(gè)假定是合情合理的，因?yàn)樗矐B(tài)過(guò)程的延續(xù)時(shí)間比散熱時(shí)間常數(shù)短。由於一只MOSFET的散熱時(shí)間常數(shù)為100ms的數(shù)量級(jí)，所以一般這并不成其為問(wèn)題。熱阻可以由產(chǎn)品使用說(shuō)明書上得到，它一般是用“單脈沖作用下的有效瞬態(tài)過(guò)程的熱阻曲線”來(lái)表示。

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　　圖 1 Zth(t)　瞬態(tài)熱阻