一. 热阻抗的定义:
我们今天要谈及的MOSFET的热阻模型其实是指热阻抗Zth,它包含了两部分:热阻和热容,即Zth=Rth+Cth。他们都是MOSFET固有的物理属性。
热阻Rth:是指当有热量在物体上传输时,在物体两端温度差与热源的功率之间的比值。
热容Cth:当一系统由于加给一微小的热量dQ而温度升高dT时,dQ/dT 这个量即是该系统的热容。
如果作用在MOSFET上的是瞬时的脉冲功率,由于热容的效应,元件体现出的热阻抗较小;如果元件承受了>1s的脉冲功率,元件趋近达到热平衡,热容的效果将不复存在,Zth几乎和Rth相等。下面的的瞬时热阻抗图就说明了这一特性:
结点温升:根据热阻抗的定义,要想计算出结点温升,那么就需要作用在MOSFET上的脉冲功率及元件的热阻抗值,然后用下面的公式就可以计算出温升:
二. RC热阻模型的建立
如果电阻抗Z=电阻R+电抗C一样,热阻抗Zth=热阻Rth+热容Cth;同理,电子领域的电流就等同于热领域中的元件功率;电压值也可以等效为温度值。具体的等效对应关系如下表:
根据这样的等效关系,我们就可以将元件的热阻抗Zth以电子的R和C来呈现出来,并通过电路仿真的方法求得元件的温升值。
这种模型的等效也是各大MOSFET供应商认可的较快速的评估方法。
三. 基于LTspice的热仿真实例
下面的实例是一个MOSFET的高边开关驱动电路,其中右侧的C1,C2,C3,C4,R4,R5,R6和R7组成的是元件的热阻模型,其中的电容值和电阻值也都是根据供应商给出的模型进行设定的。将电流源激励B1的值设为作用在元件上的功率值,Vmb1为元件焊接衬底的初始值,当运行LTspice后,电流源B1后的电压值即为元件结合点温度Tj。
综上所示,MOSFET的RC热阻模型为我们元件的设计选型提供较为简单快速的评估方法,将设计的风险降低!以上的内容希望对大家有所帮助,也希望大家给予反馈和指正!
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