电子散热的另外一种解决方法pspice：(IXFN70N60Q2热仿真分析报

我是搞电子的，最近刚开始接触flotherm软件，以前我是用pspice的，在现有热阻参数齐全下，一样可以解决问题。以下是我写的一片文章，供大家发散思维。

IXFN70N60Q2热仿真分析报告
编写人：杨志平  时间：2007-12-14
一、热分析原因 功率器件受到的热应力可来自器件内部，也可来自器件外部。若器件的散热能力有限，则功率的耗散就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温升高，使得器件可靠性降低，无法安全工作。当前，电子设备的主要失效形式就是热失效。据统计，电子设备的失效有55%是温度超过规定值引起的，随着温度的增加，电子设备的失效率呈指数增长。所以，功率器件热设计是电子设备结构设计中不可忽略的一个环节，直接决定了产品的成功与否，良好的热设计是保证设备运行稳定可靠的基础。
二、仿真目的
IXFN 70N60Q2 管子用在产品模块输出中，以往分析计算对MOS管发热情况只是在静态工作点上，实际我们的产品工作在一种动态的过程中(例如变化的PWM)，在动态的过程中无法对器件发热进行一个有效计算，本文在cadence软件中pspice软件下对该情况进行一种尝试。
三、仿真模型建立
1. 热容概念的引入
对给定的电路结构来说，有现成的功率估算技术来确定半导体器件的功耗。最常用的功率估算方程是：
P = I × V × D
其中，I是导通周期的平均电流、V是在导通周期通过器件的等效电压、D是占空比。这个公式对静态工作的MOS管计算可以，为确定半导体的结温升，只需将功率简单乘以热阻抗。这种分析的弊端是它过分简化了功率计算且没将瞬态条件(诸如开关动作或动态电路操作)计算在内。
如果MOS管呈现出纯热阻，那么根据R=△T/P,那么△T会随着功率P呈现线性增长。但是实际上增长是非线性的，有输入功率时热量有一个滞后，热量有一个累计的过程，在功率为低时，热量又有一个释放的过程。为了形象的表述这种现象，引入热容的概念，热容总是对功率有一个响应过程。...

不知道发贴的时候怎么上附件,终于搞定附件了。

IXFN70N60Q2热仿真分析报告.pdf (212.09 KB)

这样的文章多多益善。

下了，多谢lz

不错，好像都不用建几何模型来仿真了，不过那个软件不太了解~~~

热阻热容计算法，对于器件分析还是很快很实用的，就是没考虑环境的影响因素，对于象单方向传热为主的器件还是很有帮助的。

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abccdx2008:
觉得有点小问题，看不明白，问一下1 环境温度TA ，和壳温TC，的概念。
在文章里的 第一章第二节 热阻热熔模型建立  里面的TC描写的为 环境温度。
到了图四 底下的 TC 是芯片外壳 温度。（测试为50度）

问题来了，1 这个MOS管 功率器件的安装方式是什么样的？ 应该是焊接装到PCB上，外壳温度50度，那么室内空气温度是多少。也就是初始的板温？因为器件的壳温与空气和板温有相关。空气温度和板温应该是初始的环境的温度吧。而不是器件壳温上的TC. 因为在楼主下面文章 所说的 占空比变化时，得到的TMAX是核心温度。那时的TC应该也是比变化的。而并不是初使的50度了。

2. 最后的热仿真模型，纵坐标代表的是 核心温度？坐标单位是不是错了。不应该是V啊？
  TJ是实测的温度？还是软件得到的。

3. 看过楼主的通篇帖子，觉得应该定位在，如何准确定位功耗，并确定此情况下功耗对温度影响。因为在MOS实际工作shirt，电压 电流都是动态变化的，而占空比是可以控制的。 但由于1所存在的问题，就是TC是因为根据功耗大小的变化，壳温是变化的。简单的说就是功耗大了 TC变大，不是固定的50度 。

4 如果上述问题的话，那么结论，不太明白了。因为不太懂得占空比是啥意思。能解释下占空比吗？ 如果器件本身在环境温度 60度，70度 或者100度工作。是不是结论的占空比需要更改呢。

对楼主的这句话 ----我还是不认同的  ，以前我是用pspice的，在现有热阻参数齐全下，一样可以解决问题。


我个人理解的楼主的解决问题是有几个前提的

1.热阻参数齐全下，这里的热阻单数参数是结壳热阻。说白了就是知道壳温的情况下，根据结壳热阻和功耗求出温度差，从而得到结温。

2. PSPCIE的功能是解决了因为某些器件的功耗是动态变化的，而该软件能够根据电路工作状况仿真出时域下的电压，电流。从而为上面说的功耗提供数据支撑。

3.一个器件的真正温度是根据它的实际安装状况。环境。还有工作功耗状态来决定的。 如果在恶劣环境下工作。PESIPE解决不了这些问题。
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感谢abccdx2008，仔细看我的文章，你是第一个这么仔细看过的人。谢谢你。以上问题逐个解释。
1.发现一个笔误，Tc应该是壳温，Ta应该是环境温度，这么长时间一直没有发现。
安装方式是空气中自然冷却，这个错误导致你看的很糊涂，很对不起，我会重新更新文章再次上传的。

2.Tj是软件仿真出来的，不是实测。应该是摄氏度，这里伏特和摄氏度是等价的，为了保证仿真原样，我没有修改。
3.呵呵，第三点本文章意图是瞬态功率造成的瞬态芯片DIE温度，这是很重要的，从可靠性来说，如果芯片瞬态DIE温度超过额定Tj，那么芯片有可能会损坏或失效率大大升高，对于产品设计，这是不容许的。

4.占空比就是在一个周期内高电平占周期的比率。范围：0-100%
5.本文是芯片在空气中自然冷却都是成立的，我已经考虑环境的恶化，设置环境温度50度，这对一般产品都是足够的。不包括强制冷却。
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感谢楼主回复，1  2 3 4的回答都看明白了。
有几点还想问问:
如果环境温度是50度的话，就是TA是50度。TC如何得到？
因为只有知道TC才能得到TJ， 还是连TC也是软件仿出来的？

芯片有个散热公式,你可能不知道。
公式：Tj=Tc+Ta；Tc=P*Rjc
  
   其中Tc是壳温，Ta是环境温度，P是功率，Rjc是壳温热阻

看看你的一、仿真分析过程里面 2热阻热熔模型的建立:
那个公式 Tj=P*Rjc+Tc
这个公式是对的。
但是 P*Rjc不等于Tc，Rjc确切的说是结壳热阻，结到壳的热阻。P*Rjc只能得到壳温到结温的温升。而不是得到Tc这个壳温。

谢谢分享宝贵资料，下来学习~