估算热插拔 MOSFET 的瞬态温升

　　我们讨论了如何设计温升问题的电路类似方法。我们把热源建模成了电流源。一种估算热插拔MOSFET 温升的简单方法进行研究根据系统组件的物理属性，计算得到热阻和热容。

　　本文中，我们把图1 所示模型的瞬态响应与图3 所示公开刊发的安全工作区域（SOA 曲线）部分进行了对比。

　　图1 将散热容加到DC 电气模拟电路上

　　根据CSD17312Q5 MOSFET、引线框以及贴装MOSFET 的印制电路板（PWB） 的物理属性，估算得到图1的各个值。在查看模型时，可以确定几个重要的点。要使增强型N沟道MOSFET工作，要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS，则产生正向工作电流ID。改变VGS的电压可控制工作电流ID。若先不接VGS（即VGS＝0），在D与S极之间加一正电压VDS，漏极D与衬底之间的PN结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极G与源极S之间加一电压VGS。此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷。这层感应的负电荷和P型衬底中的多数载流子（空穴）的极性相反，所以称为“反型层”，这反型层有可能将漏与源的两N型区连接起来形成导电沟道。PWB 到环境电阻（105oC/W）为到环境的电阻通路，其设定了电路的允许DC 损耗。将温升限制在100oC，可将电路的允许DC 损耗设定为1 瓦。例如，在短促的脉冲期间，所有热能对芯片热容充电，同时在更小程度上引线框对热容充电。通过假设所有能量都存储于裸片电容中并求解方程式（dV = I * dt / C）得到I，我们可以估算出芯片电容器可以存储多少能量。结果是，I =dV * C /dt = 100oC * 0.013F / 1ms =1300 瓦，其与图3 的SOA 曲线图相一致。

　　图2 显示了图1的仿真结果以及由此产生的电压响应。其功耗为80 瓦，不同的时间恒量一眼便能看出。绿色曲线为裸片温度，其迅速到达一个PWB 相关恒定电压（蓝色曲线）。，您还可以看见PWB 的近似线性充电，因为大多数热能（电流）都流入其散热电容。

　　图2热能流入PWB 时明确显示的三个时间恒量

　　我们进行了一系列的仿真，旨在验证模型的准确性。图3 显示了这些仿真的结果。红色标注表示每次仿真的结果。将一个固定电源放入电路中，相应间隔以后对裸片电压进行测量。模型始终匹配SOA 曲线。这样做的重要性是，您可以使用该模型的同时使用不同的散热片和PWB 参数。我们可以增加电路板尺寸来降低其环境热阻，或者增加铜使用量来提供更好的热传播—终降低温度。增加铜使用量也可以提高散热能力。

　　图3 散热模型与指示点的MOSFET CSD17312 SOA 曲线一致