温度也会影响电路的行为。特别是，环境温度（代表设备所在周围环境的空气温度）起着至关重要的作用。该温度以摄氏度 (°C)、开尔文 (K) 或华氏度 (°F) 为单位，并且根据气候条件和地理位置的不同可能会有很大差异。例如，在温暖潮湿气候中运行的设备必须处理与在寒冷干燥环境中运行的设备不同的热条件。然而，环境温度不仅仅影响电路的行为。
电子穿过导电材料时摩擦产生的元件本身的内部温度也对电路的终性能产生重大影响。当电流通过电阻器或晶体管等元件时，电子会遇到电阻，从而产生热量。这种现象称为焦耳效应，会增加组件的内部温度。增加内部温度会导致各种负面影响，例如增加导体和半导体的电阻、改变材料的特性以及降低电子设备的性能。
例如，在 MOSFET 晶体管中，内部温度升高会导致导通电阻 (Rds(ON)) 增加，从而降低器件效率并增加功率损耗。温度升高还会加速材料的老化和劣化，导致部件的使用寿命缩短。因此，热管理在电子电路的设计和实现中至关重要。
使用散热器、冷却风扇和高导热材料可以帮助将组件温度保持在安全范围内，确保电路稳定高效运行。此外，热设计必须考虑正常和极端工作条件，留出安全裕度，以确保设备能够在所有预期情况下正常运行。以下是温度影响电子电路的一些方式：
导体和半导体的电阻会随着温度而变化。例如，金属导体的电阻会随着温度的升高而增加
晶体管和 MOSFET 在高温下开关速度会变慢，从而降低电路的整体速度
温度升高会增加电子元件的热噪声，从而降低电路性能
高温会加速材料降解，缩短部件寿命
循环温度变化会对材料造成机械和化学应力
在半导体元件中，漏电流会随着温度的升高而增加，从而增加功耗并使故障更加频繁
.TEMP 指令
.TEMP 指令将电路器件的温度设置为 TEMP1。如果需要多个温度，软件会模拟每个指定的温度。请注意，可以使用适当的参数将各个器件的温度设置为与全局电路温度不同的温度。其一般语法如下：
.temp TEMP1 [TEMP2 […]]
它需要一个或多个环境温度作为输入。例如，指令：
.温度 10,27,60
实际上，它分别在10°C、27°C和60°C的环境温度下进行了三次模拟。图 1 中的简单电路图涉及为 LED 供电的电路。它由一个12V的理想电压源和一个470欧姆的限流电阻组成。仿真清楚地表明，随着温度的变化，电路的工作条件也会发生变化。从电路图来看，流过LED的电流随着温度的升高而趋于增加。
尽管这种增加仅涉及几毫安，但设计人员必须仔细考虑这一重大变化，尤其是在处理包含高功率元件的电路时。电流随温度的增加是由于 LED 中使用的半导体材料的热特性造成的。随着温度升高，半导体的带隙减小，有利于电子的运动并增加传导电流。如果管理不当，这种现象可能会导致二极管过热并降低其发光效率和寿命。
在高功率应用中，这种变化可能会产生更严重的后果。例如，在低功率电路中，几毫安的电流增加似乎微不足道，但在具有许多 LED 或敏感组件的系统中，这种增加可能会累积起来，导致过大的热负载。这不仅会损害系统性能，还会导致过早故障。因此，设计人员必须在设计阶段考虑这些热效应。这可能包括采用散热器、选择具有足够热容差的组件以及在极端工作条件下模拟电路，以确保长期的稳定性和可靠性。此外，实现根据温度自动调整电流的热补偿电路可能很有用，从而使 LED 在安全范围内运行并优化电路的整体性能。
图 1：在此图中，流经电路的电流随温度变化
替换之前的两个指令：
.tran 1
.temp 10,27,60
具有以下两个指令：
.op
.step 线性参数 TEMP -20 80 1
可以运行参数模拟，其中温度 (TEMP) 以 1°C 的步长从 -20°C 线性增加到 80°C。就好像有 101 次模拟，每都在指定范围内的每个温度下进行。图 2 显示了随着温度变化流过二极管的电流以及电池产生的功率。该图强调，如果不修改电路而仅提高工作温度，工作条件会发生变化，并且消耗会增加。这是设计师必须始终高度关注的重要事实。
图2：仅提高工作温度，电路电流就会随着耗电量的增加而增加
在 QSPICE 中，只需在各种属性中插入 TEMP 变量即可配置每个电子组件的温度。图 3 中的以下示例显示了两个并联 MOSFET 在导通模式下的工作情况。两个器件的温度在一定范围（+20°C 和 +100°C）内独立变化，该图分析了两个 MOSFET 的总功耗。两个 MOSFET 的温度迭代是自主的，并且两个器件可以自由地假设该范围内的各种不同温度。
图 3：可以为各种电子元件分配不同的温度
MOSFET Rds(ON) 温度依赖性
Rdson 是 MOSFET 的基本特性，描述了器件开启并导通时漏极和源极之间的电阻。该电阻对于确定开关和功率转换应用中 MOSFET 的功率损耗和整体效率至关重要。使用 MOSFET 的主要挑战之一是其温度敏感性。随着温度升高，Rds(ON) 通常会增加。发生这种情况是因为电荷载流子的迁移率随着温度升高而降低，导致器件的内阻增加。
增加 Rds(ON) 会导致热量形式的功耗增加，从而在热循环中产生进一步的温度升高，从而损害器件的稳定性和可靠性。因此，在设计电子电路时，管理温度对 MOSFET 中 Rds(ON) 的影响至关重要，通常会实施适当的热管理措施，如散热器、强制通风或使用高导热材料，以确保稳定可靠系统的运行。图 4 显示了一个简单的电路图，其中电源负载通过导电 SiC MOSFET 供电。 Rds(ON) 参数的计算可简单地按照以下关系式进行：
Rds(ON)=V(漏极)/I(漏极.源极)=V(漏极)/I(R负载)
相关图表显示了 -50°C 至 +180°C 温度范围内 MOSFET 导通电阻的值。可以看出，通过电子模拟，可以执行原本不可能执行的准真实测试。
图 4：正常情况下，随着温度升高，Rds(ON) 增大
结论
温度是影响电子电路行为的关键参数。借助 QSPICE 仿真，可以预测和缓解潜在的热问题，确保设备更长的使用寿命和可靠性。热分析对于优化 MOSFET（许多电源电路中的关键组件）的性能至关重要。如今，越来越多的电气和电子模拟器也可以分析电路和材料的热行为。热仿真模型也很多，但它们的仿真通常很慢，因为软件必须计算许多操作参数的数千个数学方程。评估电路的热稳定性使我们能够了解电路的行为如何随温度变化，并确保电路在所有预期的工作条件下正常工作。这对于避免故障并确保性能至关重要。识别热故障点也至关重要：识别电路可能发生故障或性能不佳的温度使我们能够设计预防性解决方案。，热优化涉及确定热管理措施，例如散热器或通风系统，以将电路保持在安全温度限制内。这不仅可以延长设备的使用寿命，还可以确保的运行效率。
