使用 SPICE 作為 MOSFET 功耗計算器

2021-08-09

使用 SPICE 作為 MOSFET 功耗計算器

電路圖和原理圖構成了 PCB 設計的核心，可靠性要求您計算電路中的功耗。某些組件（如 MOSFET）具有明確定義的電氣額定值，但確定您的設計是否符合這些額定值并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。計算有源元件、某些半導體和 MOSFET 的功耗需要采用實(shí)現實(shí)際元件模型的 SPICE 封裝。

對于需要 MOSFET 功耗計算器的設計人員，可以使用易于使用的 SPICE 仿真包來(lái)快速計算 MOSFET 中的功耗。Altium Designer 更新的 SPICE 仿真引擎可以幫助您快速創(chuàng )建 MOSFET 電路并分析功耗以確保設計可靠性。您還可以使用全面的 PCB 布局編輯器來(lái)幫助您準備用于生產(chǎn)的真實(shí)電路板。

最好的電子設計軟件，為設計專(zhuān)業(yè)人士提供先進(jìn)的 CAD 工具。

尋找可靠的實(shí)用程序來(lái)計算有源設備中的電路行為可能很困難。有些電路無(wú)法使用標準電路技術(shù)進(jìn)行分析，因為這些問(wèn)題涉及復雜的超越方程，需要迭代數值算法來(lái)解決。在此類(lèi)問(wèn)題中，需要在電路設計軟件中使用仿真工具來(lái)幫助您評估設計可靠性。

需要評估可靠性的一些常見(jiàn)電路是 MOSFET 電路，特別是功率 MOSFET 和放大器。這些電路無(wú)處不在，因為 MOSFET 在許多以高功率和高頻率運行的應用中取代了 BJT。由于這些組件可以在高功率下運行并在運行過(guò)程中達到高溫，設計人員可能會(huì )開(kāi)始尋找 MOSFET 功耗計算器來(lái)確保設計可靠性。

雖然沒(méi)有簡(jiǎn)單的計算器應用程序可以幫助您確保 MOSFET 電路的可靠運行，但 Altium Designer 包含您設計和仿真 MOSFET 電路所需的一切，以便您確保組件的可靠供電。繼續閱讀以了解您可以在 Altium Designer 中設計什么以及如何模擬您的 MOSFET 功率分布。

使用 SPICE 作為 MOSFET 功耗計算器

要運行 MOSFET 功耗的簡(jiǎn)單仿真，您必須首先使用電路編輯器或原理圖創(chuàng )建軟件應用程序來(lái)構建 MOSFET 電路。最好的軟件將使您能夠訪(fǎng)問(wèn)全面的組件庫，以便您可以構建電路和仿真。下面的示例圖像顯示了一個(gè)連接到高阻抗負載的簡(jiǎn)單 MOSFET 放大器電路。該電路是在 Altium Designer 中構建的，可以使用基本的 SPICE 包輕松進(jìn)行仿真。

MOSFET 功耗計算器模擬。
在此電路中，您可以運行瞬態(tài)分析仿真來(lái)檢查電路如何達到穩定狀態(tài)。這個(gè)簡(jiǎn)單的電路是一個(gè)更大系統的一部分，但它可以很容易地單獨模擬以確定功率輸出。通過(guò)將電壓差（用上圖中的探頭測量）和通過(guò)電阻器 R13 的電流相乘，得出功率輸出。

由于 Altium Designer 中的原理圖編輯器可以訪(fǎng)問(wèn)具有通用仿真組件的組件庫，因此只需幾分鐘即可設置上述電路并開(kāi)始運行仿真。原理圖編輯器包括一個(gè)帶有簡(jiǎn)化界面的 SPICE 仿真包，允許您訪(fǎng)問(wèn)分析任何電路所需的標準仿真集。您不僅限于設計中的通用仿真組件，還可以為組件分配 SPICE 子電路模型，以便更好地預測和建模設計的電氣行為。

Altium Designer 中更高級的模擬

雖然 Altium Designer 中的瞬態(tài)功率計算很有用，但它們并不是您可以執行的唯一模擬?？梢栽?span> Altium Designer 的原理圖編輯器中執行針對 MOSFET 電路的任何 SPICE 仿真。使用 Altium Designer 中的全套設計工具，而不是使用單獨的原理圖創(chuàng )建工具和電路模擬器。原理圖、電路圖、模擬以及最終的 PCB 布局都可以在 Altium Designer 中一起訪(fǎng)問(wèn)。

您的 MOSFET 功耗計算從使用電路圖創(chuàng )建原理圖開(kāi)始。

制造商零件搜索面板可幫助您搜索電子產(chǎn)品供應鏈，并為您的原理圖設計找到具有經(jīng)過(guò)驗證的 PCB 封裝的真實(shí)組件。 

如果您不熟悉 SPICE 仿真，我們已經(jīng)匯總了您成功使用此標準仿真包所需了解的基本信息。

ltium Designer 中的制造商部件搜索面板使您可以訪(fǎng)問(wèn)設計的原理圖符號和 PCB 封裝。

構建和仿真更復雜的 MOSFET 電路

使用 MOSFET 功率耗散計算器的主要目標是確保您的 MOSFET 不會(huì )散發(fā)過(guò)多熱量而導致它們過(guò)熱和失效。直流操作期間的過(guò)熱和開(kāi)關(guān)期間的高瞬態(tài)電流消耗，然后是快速過(guò)熱，是 MOSFET 故障的最常見(jiàn)原因。為了防止過(guò)多的電流消耗、功耗和過(guò)熱，MOSFET 電路會(huì )變得更加復雜。

一種選擇是將 MOSFET 并聯(lián)，以便它們仍然可以在系統中提供所需的電流。通過(guò)并聯(lián)放置 MOSFET，總功耗在陣列中的 MOSFET 之間分配。這種安排需要仿真以確保電路在開(kāi)關(guān)期間不會(huì )產(chǎn)生不需要的振蕩或過(guò)流。SPICE 仿真與實(shí)際組件模型仍可用于檢查這些更復雜的 MOSFET 電路以及您設計中的其他電路。

分層示意圖可以幫助您保持井井有條

Altium Designer 的原理圖編輯器允許您為項目創(chuàng )建層次結構，以幫助您組織電路并保持高效。設計人員可以實(shí)施平面、分層或多通道設計結構，以便可以創(chuàng )建和模擬更復雜的電路。捕獲原理圖并將 CAD 數據分配給組件后，您就可以將設計導入新的 PCB 布局。

分層項目結構可幫助您保持井井有條并構建復雜的 PCB。 

并聯(lián) MOSFET 通常用于需要高電流的功率轉換器和電機控制系統。 

Altium Designer 強大的原理圖編輯器為您提供了為一系列應用（例如照明系統）設計帶有 MOSFET 的高功率系統所需的工具。 

MOSFET 可以并聯(lián)使用，應模擬這些電路以確保穩定性。

輕松過(guò)渡到您的 PCB 布局

完成電路板原理圖后，您就可以將組件導入 PCB 布局，并且可以開(kāi)始在電路板布局中排列組件。Altium Designer 在集成的 PCB 布局編輯器中包含一整套 CAD 工具，因此您可以快速導入和布置電路板中的組件。當其他電路板設計平臺將您的設計特征分離到不同的應用程序中時(shí)，Altium Designer 使您可以通過(guò)單一工作流程訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)應用程序中所需的一切。

在 Altium Designer 中完成電路設計和 PCB 布局

只有 Altium Designer 包含創(chuàng )建和仿真 MOSFET 電路、隨后創(chuàng )建 PCB 布局和布線(xiàn)電路板所需的一切。當您準備好生產(chǎn)電路板時(shí)，您可以使用 Altium Designer 從電路板布局數據快速生成 PCB 制造文件。使用 OutJob 文件獲取您的 PCB 數據并生成 PCB 制造商所需的標準可交付成果。

Altium Designer 為您提供將您的想法變?yōu)楝F實(shí)所需的一切。您可以在 Altium Designer 中構建從簡(jiǎn)單的 MOSFET 電路到高級電子產(chǎn)品的任何東西。 

Altium Designer 用戶(hù)界面的強大功能來(lái)自集成的設計規則引擎，可讓您的設計功能在單個(gè)程序中協(xié)同工作。 

所有 Altium Designer 用戶(hù)都可以通過(guò) Altium 365 平臺共享他們的設計。設計團隊使用 Altium 365 在安全的云環(huán)境中保持生產(chǎn)力并共享設計數據

Altium Designer 中集成的 SPICE 仿真包生成的 MOSFET 仿真結果。

Altium Designer 中的原理圖編輯器和 SPICE 仿真包可為您提供您期望在 MOSFET 功耗計算器中找到的一切。當您需要一整套組件創(chuàng )建和管理工具時(shí)，請使用業(yè)界最佳的 ECAD 實(shí)用程序來(lái)創(chuàng )建和模擬您的電路。

Altium 365上的 Altium Designer為電子行業(yè)提供了前所未有的集成度，直到現在都被降級為軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，使設計人員可以在家工作并達到前所未有的效率水平。