LTspice：對PCB和散熱器散熱模型的SOAtherm支持
SOAtherm模型與LTspice軟件一起分發(fā)，并通過直接在電路仿真中驗證未超出特定MOSFET的安全工作區(qū)（SOA）來簡化熱插拔和浪涌抑制器設(shè)計。本文假定對 SOAtherm 模型有基本的了解。
通常，電路設(shè)計人員獨立使用 LTspice SOAtherm-NMOS 符號來驗證特定 MOSFET 的 SOA 是否適合給定應(yīng)用;無需額外的散熱器或PCB散熱模型。然而，在一些要求特別苛刻的應(yīng)用中，特別是那些高功率瞬變持續(xù)時間超過10毫秒的應(yīng)用中，可能需要利用散熱器或PCB提供的額外熱容量和耗散。以前，這是通過將電阻電容網(wǎng)絡(luò)連接到SOAtherm-NMOS模型的Tc引腳來實現(xiàn)的。
現(xiàn)在，使用SOAtherm-PCB和SOA-HeatSink符號，可以通過指定一些物理參數(shù)來模擬散熱器和PCB熱行為，而不是根據(jù)公式計算組件值數(shù)組。
索熱多氯聯(lián)苯
要使用SOAtherm-PCB符號，請將其連接到SOAtherm-NMOS符號的Tc引腳，如下所示。
SOAtherm-PCB符號
在大多數(shù)模擬中，只需提供以下信息：
| 參數(shù) | 描述 | 例子 |
| Area_Contact_mm2 | 接觸PCB的裸露焊盤/凸片區(qū)域（mm2) | 功率-SO8： 15， D2PAK： 70 |
| Area_PCB_mm2 | 專用于MOSFET功耗的PCB銅面積（mm2) | 50毫米×50毫米：2500 |
| Copper_Thickness_oz | 印刷電路板銅厚度（盎司） | 1盎司銅平面：1 |
| 環(huán)境 | 環(huán)境溫度（°C） | 85°C： 85 |
| 低頻機 | 氣流 （LFM） | 100LFM： 100 |
| PCB_FR4_Thickness_mm | 印刷電路板厚度（毫米） | 2毫米厚FR4：2 |
使用 SOAtherm-PCB 符號時，保守的做法是將 SOAtherm-NMOS RthetaJA 參數(shù)更改為較大的值（例如 1k），以消除仿真中 MOSFET 的默認(rèn)功耗值。
SOAtherm-PCB組件屬性
請記住，熱行為，尤其是氣流的熱行為，涉及許多變量之間的復(fù)雜相互作用。雖然SOAtherm-PCB是電路設(shè)計人員武器庫中的有用工具，但它不能替代更復(fù)雜的軟件，該軟件結(jié)合三維氣流行為和對相鄰組件的輻射來實現(xiàn)PCB布局的有限元分析。
SOAtherm-HeatSink
要使用 SOAtherm-HeatSink 模型，請將該符號連接到 SOAtherm-NMOS 符號的 Tc 引腳。
SOAtherm-HeatSink 符號
您可以通過右鍵單擊散熱器符號來指定散熱器是銅還是鋁，然后雙擊“SpiceModel”字段以生成下拉菜單。
SOAtherm-散熱器符號組件屬性
在大多數(shù)模擬中，您只需要提供以下信息：
| 參數(shù) | 描述 | 例子 |
|
Area_Contact_mm2 |
接觸散熱器的 MOSFET 片面積（mm2) | TO-220： 100， TO-3P： 200 |
| Volume_mm3 | 形成散熱器的銅或鋁的總體積（mm3) | 愛美德ML26AAG TO-220散熱器：1800 |
| 瑞塔 | 散熱器的熱阻，包括氣流（°C/W）。不包括界面材料的電阻 | Aavid ML26AAG TO-220 散熱器，每分鐘 200 英尺氣流：10 |
| 接口（可選） | 界面材料的熱阻（°C/W）。默認(rèn)值為 （100°C/W） / Area_Contact_mm2 | 100毫米2伯格奎斯特的西爾-帕德400：7 |
| 環(huán)境 | 環(huán)境溫度（°C） | 85°C： 85 |
請注意，Rtheta是散熱器數(shù)據(jù)表中的熱阻，包括氣流的影響。例如，在Aavid ML26AAG數(shù)據(jù)表中，提供了以下圖。
愛美德ML26AAG熱阻圖
在每分鐘200英尺的空氣速度下，熱阻為10°C / W。
有了這些信息，SOAtherm-HeatSink模型能夠提供散熱器瞬態(tài)熱行為的一階估計。它并不意味著取代更復(fù)雜的有限元軟件。
高級主題
以上信息足以開始運行SOAtherm-PCB和SOAtherm-HeatSink仿真，但勤奮的工程師很快就會質(zhì)疑正在建模的內(nèi)容以及所做的簡化。
SOAtherm-HeatSink 模型
SOAtherm-HeatSink模型相當(dāng)簡單。它假裝散熱器形成一條銅條或鋁條，其橫截面與 MOSFET 片 （Area_Contact_mm2） 的接觸面積相匹配。棒材的長度由指定的金屬體積（Volume_mm3）除以接觸面積確定。熱界面材料（導(dǎo)熱硅脂、硅焊盤等）由Rinterface參數(shù)提供的值的單個電阻器建模。如果未指定該參數(shù)，則根據(jù) （100°C/W） / Area_Contact_mm2 計算默認(rèn)值。棒的另一端通過單個Rtheta值電阻連接到周圍環(huán)境。如上所述，這模擬了對環(huán)境的功耗。
由于該條在Cauer熱模型中建模為一系列電阻-電容抽頭，因此瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)行為反映在這個簡單模型中。
SOAtherm-PCB模型
SOAtherm-PCB模型假設(shè)PCB在PCB的一側(cè)只有一層銅，并且該銅的總面積由Area_PCB_mm2參數(shù)定義。銅被建模為一個圓，MOSFET在中心。銅圓進一步分為十個同心圓，最小圓的內(nèi)半徑由Area_Contact_mm2參數(shù)確定。SOAtherm-PCB熱模型將每個圓的熱阻和熱容量集中到一個R-C對中，形成Cauer熱模型的十個抽頭之一。
假設(shè)功率通過對流和輻射從PCB的頂部和底部耗散。對流和輻射在上述Cauer模型的十個抽頭中的每一個都獨立建模。這提供了比試圖描述整個PCB的對流和輻射的閉式方程更準(zhǔn)確的結(jié)果。
注意自然對流（無氣流）換熱系數(shù)值為1.1625e-5寬/（°C?毫米2） 在默認(rèn)對流模型中假定。該值可能會因結(jié)構(gòu)形狀、PCB 的方向、層流與湍流氣流等而異。如果需要，可以使用 hconv0 參數(shù)覆蓋此值。
氣流是通過根據(jù)以下公式調(diào)整對流模型的傳熱系數(shù)來建模的：
hconv = hconv0 （1 + 0.013 ? LFM0.8）
下面列出了可用于SOAtherm-PCB模型的完整參數(shù)集。在大多數(shù)情況下，只有本文檔上一節(jié)中列出的參數(shù)子集是必需的。
| 參數(shù) | 描述 | 例子 |
| Area_Contact_mm2 | 接觸PCB的裸露焊盤（或片）區(qū)域（mm2) | 功率-SO8： 15， D2PAK： 70 |
| Area_PCB_mm2 | 專用于MOSFET功耗的PCB銅面積（mm2) | 50毫米×50毫米：2500 |
| Copper_Thickness_oz | 印刷電路板銅厚度（盎司） | 1盎司銅平面：1 |
| 環(huán)境 | 環(huán)境溫度（°C） | 85°C： 85 |
| 低頻機 | 氣流 （LFM） | 100LFM： 100 |
| PCB_FR4_Thickness_mm | 印刷電路板厚度（毫米） | 2毫米厚FR4：2 |
| Enable_Radiation | 用于啟用或禁用熱輻射建模。大于零的值會啟用輻射。默認(rèn)值 1（啟用）。 |
禁用輻射：0 啟用輻射：1 |
| 環(huán)境輻射 | 熱輻射模型目標(biāo)的溫度（°C）。默認(rèn)環(huán)境。 | 85°C目標(biāo)：85 |
| 環(huán)境對流 | 對流模型中使用的周圍環(huán)境溫度（°C）。默認(rèn)環(huán)境。 | 85°C 環(huán)境：85 |
| 發(fā)射 | 熱輻射模型中使用的PCB的發(fā)射率。默認(rèn)值 0.8。 |
阻焊層：0.8 氧化銅：0.8 拋光銅：0.05 |
| HCOV0 | 指定對流方程中使用的自然對流（無氣流）傳熱系數(shù)。默認(rèn)值 1.1625e-5寬/°C?毫米2. | 1.1625E-5 |
審核編輯：郭婷
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