電子系統(tǒng)的小型化趨勢對電子產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了一系列重要影響，其中，合理的熱設(shè)計(jì)和優(yōu)化的重要性與日俱增?，F(xiàn)在的手持設(shè)備和便攜式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)很高的功率重量比，其好處包括節(jié)省材料和降低總體成本。但是小型化是有代價(jià)的，尤其是對熱管理而言。從一個(gè)緊湊的系統(tǒng)把熱量散發(fā)出去，要比在大系統(tǒng)中完成此項(xiàng)任務(wù)的設(shè)計(jì)難度更大，這要求所有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)師都對功率半導(dǎo)體器件的熱行為有一定的了解。在很多系統(tǒng)中，MOSFET是的功率管理器件，而且MOSFET還容易受到各種應(yīng)力的影響，因此了解功率MOSFET的發(fā)熱行為顯得尤其重要。

　　雖然在理論上可以用通用熱分析軟件來了解功率MOSFET的熱行為，還是需要一定程度的器件知識，而除了MOSFET制造商自己，其他人對這些知識知之甚少。基于RC網(wǎng)絡(luò)的行為模型是不夠的，因?yàn)殡y以保持邊界條件的獨(dú)立性，也難于把不同層次的模型組合到一起。二維或半維仿真也有同樣的局限，只有三維模型才可行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要的是專用軟件，要求有功率建模功能，而不是供非用戶使用的非常簡單的軟件。

　　當(dāng)然根據(jù)它們各自的應(yīng)用領(lǐng)域，這些工具的先進(jìn)功能只能在封裝、PCB級別發(fā)揮出來，或者是在外殼級別，但肯定不是在所有的級別。

　　ANSYS和其他有限元分析工具在分析MOSFET熱行為時(shí)相當(dāng)有效，但是需要很復(fù)雜的知識，而且它們的功能也要比應(yīng)用所需的功能要多很多。這種多功能的工具不僅僅只是用來解決某類問題，例如電子、傳熱和機(jī)械問題。然而，軟件的復(fù)雜程度使得只有才能使用這種建模功能。Flopack、Flotherm、Icepak和ISE等專用工具的好處是簡化了創(chuàng)建模型和組合的過程。

　　在使用功率MOSFET時(shí)，系統(tǒng)級設(shè)計(jì)師需要了解這些器件的實(shí)際三維狀況。MOSFET制造商擁有所有這些信息，但是如果把這些信息全部公開，就相當(dāng)于公布了很多知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)秘密。因此，難題就在于既要以模型的方式提供這些信息，又不會透露器件的技術(shù)細(xì)節(jié)。

　　Vishay就利用這種方法開發(fā)了在線熱仿真工具ThermaSim。設(shè)計(jì)所需的全部數(shù)據(jù)都被提取到復(fù)雜的模型中，然后設(shè)計(jì)者就可以直接利用模型，仿真各種應(yīng)用和設(shè)計(jì)方案中的任何Vishay Siliconix的MOSFET。

　　為創(chuàng)建可用于ThermaSim的模型，Vishay使用了REBECA-3D，該平臺可以讓用戶一步一步地構(gòu)建出器件的3D模型。除此以外，REBECA-3D還可以把各種器件特性賦予結(jié)構(gòu)中的各種元件，然后置入特定的“域”。當(dāng)器件模型創(chuàng)建完之后，REBECA-3D會定義操作環(huán)境，包括PCB板的特征參數(shù)、器件在PCB板上的位置、電源外形和時(shí)間因子、環(huán)境溫度、散熱和氣流的效果，以及電路板在系統(tǒng)內(nèi)的方向(水平、垂直、右側(cè)朝上或正面朝下)。REBECA-3D使用邊界元方法，解決了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法的計(jì)算時(shí)間過長的問題，而計(jì)算時(shí)間與電子器件的幾何比例因子有關(guān)。

　　簡單來說，REBECA-3D沒有把各種結(jié)構(gòu)形態(tài)看做是實(shí)心的，軟件從組成3D結(jié)構(gòu)的8個(gè)面的視角去進(jìn)行熱分析。這種方法實(shí)現(xiàn)了高粒度的分析，同時(shí)允許使用邊界元方法求解傳導(dǎo)方程，包括非線性材料、穩(wěn)態(tài)應(yīng)用、無內(nèi)部網(wǎng)格的方程。然而，用這種方法進(jìn)行熱仿真得到的數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)來說已經(jīng)是足夠了。在其他情況下，瞬時(shí)的高功率幅值決定了模型和邊界條件的臨界值，這時(shí)甚至需要把內(nèi)部網(wǎng)格也考慮在內(nèi)。

　　Vishay公司的網(wǎng)站上提供了ThermaSim，這個(gè)易用、的網(wǎng)絡(luò)熱仿真工具可以和Vishay的在線MOSFET庫一起使用。ThermaSim能在幾分鐘內(nèi)提供熱分析的結(jié)果，而且可以應(yīng)客戶的需要進(jìn)行定制的改寫。本文提供了一個(gè)特殊的例子，通過與實(shí)際測試結(jié)果的對比，對ThermaSim仿真進(jìn)行*估。此外，本文還討論目前ThermsSim版本的局限性，以及未來將如何改進(jìn)。

　　點(diǎn)此全文PDF資料：應(yīng)用中的功率MOSFET的熱分析方法.pdf