【电源设计】SPICE热模型及实例分享-KIA MOS管
图 1：传统 SPICE 模型和热模型
热模型
通常，热模型在仿真中较慢，因为除了正常电气和电子行为的计算之外，仿真器还必须处理系统的所有热方程，这涉及大量计算工作。
热模型的新端子如下：
Tc（外壳温度）
Tj（结温）
Ta（环境温度）
Tjd（MOSFET 中二极管的结温）
温度连接用作电压节点并与电气部件电隔离。模型可能具有这些参数中的一些，而不一定是全部。通常，结温包含在模型中，因此用户只需定义“外壳温度”和环境温度。其他时候，还必须由用户定义或查询结温。热节点 Tj 和 Tjd 允许用户轻松监控模拟结温。通常，不应连接这些节点。热节点 Tc 包含有关组件外壳的温度信息。
请注意，在热模型中：
节点中的电压表示温度，以°C 表示。
电阻表示热阻，以°C/W 表示。
为了充分理解热转变的工作原理，可以将系统想象成一组限制温度作用的电阻器，如图 2 所示。
图 2：温度根据其形状、尺寸和材料从一个组件传递到另一个组件。
一个实际例子
以下实际示例使用 Cree C3M0060065D SiC MOSFET 模型，如图 3 所示。它是采用 TO-247-3 封装的组件，具有以下特性：
电压：650 伏
编号：37
ID（脉冲）：99 A
RDS(on): 60 mΩ
可以方便地与其他试样并联
案例：TO-247-3
Vgs：介于 –8 V 和 19 V 之间（推荐电压为：15 V [on]、–4 V [off]）
钯：150 瓦
Tj：–40°C 至 175°C
TL：最高密封温度 260°C
热电偶：0.99°C/W
热：40°C/W
图 3：Cree 的 C3M0060065D 功率 MOSFET
图 4 中的图表显示了一个经典的电子开关，它通过 96 V 的电源提供 10 Ω 的电阻负载（负载上的电流约为 9.6 A）。让我们检查一下该方案的电气特性：
MOSFET 数据表推荐的栅极电压 (V2)：15 V
使用的 SiC MOSFET：Cree 的 C3M0060065D
负载电阻：10Ω
电路电源电压：96V
现在让我们检查该方案的热特性：
环境温度：25°C
散热器热阻（R2）：20°C/W
因此，尽管接线图使用了 25 V 的电压发生器和 20 Ω 的电阻器 R2，但此类组件仅用于配置热系统，不具备电气功能。
图 4：热原型的接线图
在接线图中，同样使用以下 SPICE 指令设置节点的初始温度非常重要：
.ic V(case_温度)=25
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