使用(yòng) SPICE 作為(wèi) MOSFET 功耗计算器

2021-08-09

使用(yòng) SPICE 作為(wèi) MOSFET 功耗计算器

電(diàn)路图和原理(lǐ)图构成了 PCB 设计的核心，可(kě)靠性要求您计算電(diàn)路中的功耗。某些组件（如 MOSFET）具有(yǒu)明确定义的電(diàn)气额定值，但确定您的设计是否符合这些额定值并不是一个简单的问题。计算有(yǒu)源元件、某些半导體(tǐ)和 MOSFET 的功耗需要采用(yòng)实现实际元件模型的 SPICE 封装。

对于需要 MOSFET 功耗计算器的设计人员，可(kě)以使用(yòng)易于使用(yòng)的 SPICE 仿真包来快速计算 MOSFET 中的功耗。Altium Designer 更新(xīn)的 SPICE 仿真引擎可(kě)以帮助您快速创建 MOSFET 電(diàn)路并分(fēn)析功耗以确保设计可(kě)靠性。您还可(kě)以使用(yòng)全面的 PCB 布局编辑器来帮助您准备用(yòng)于生产的真实電(diàn)路板。

最好的電(diàn)子设计软件，為(wèi)设计专业人士提供先进的 CAD 工具。

寻找可(kě)靠的实用(yòng)程序来计算有(yǒu)源设备中的電(diàn)路行為(wèi)可(kě)能(néng)很(hěn)困难。有(yǒu)些電(diàn)路无法使用(yòng)标准電(diàn)路技术进行分(fēn)析，因為(wèi)这些问题涉及复杂的超越方程，需要迭代数值算法来解决。在此类问题中，需要在電(diàn)路设计软件中使用(yòng)仿真工具来帮助您评估设计可(kě)靠性。

需要评估可(kě)靠性的一些常见電(diàn)路是 MOSFET 電(diàn)路，特别是功率 MOSFET 和放大器。这些電(diàn)路无处不在，因為(wèi) MOSFET 在许多(duō)以高功率和高频率运行的应用(yòng)中取代了 BJT。由于这些组件可(kě)以在高功率下运行并在运行过程中达到高温，设计人员可(kě)能(néng)会开始寻找 MOSFET 功耗计算器来确保设计可(kě)靠性。

虽然没有(yǒu)简单的计算器应用(yòng)程序可(kě)以帮助您确保 MOSFET 電(diàn)路的可(kě)靠运行，但 Altium Designer 包含您设计和仿真 MOSFET 電(diàn)路所需的一切，以便您确保组件的可(kě)靠供電(diàn)。继续阅读以了解您可(kě)以在 Altium Designer 中设计什么以及如何模拟您的 MOSFET 功率分(fēn)布。

使用(yòng) SPICE 作為(wèi) MOSFET 功耗计算器

要运行 MOSFET 功耗的简单仿真，您必须首先使用(yòng)電(diàn)路编辑器或原理(lǐ)图创建软件应用(yòng)程序来构建 MOSFET 電(diàn)路。最好的软件将使您能(néng)够访问全面的组件库，以便您可(kě)以构建電(diàn)路和仿真。下面的示例图像显示了一个连接到高阻抗负载的简单 MOSFET 放大器電(diàn)路。该電(diàn)路是在 Altium Designer 中构建的，可(kě)以使用(yòng)基本的 SPICE 包轻松进行仿真。

MOSFET 功耗计算器模拟。
在此電(diàn)路中，您可(kě)以运行瞬态分(fēn)析仿真来检查電(diàn)路如何达到稳定状态。这个简单的電(diàn)路是一个更大系统的一部分(fēn)，但它可(kě)以很(hěn)容易地单独模拟以确定功率输出。通过将電(diàn)压差（用(yòng)上图中的探头测量）和通过電(diàn)阻器 R13 的電(diàn)流相乘，得出功率输出。

由于 Altium Designer 中的原理(lǐ)图编辑器可(kě)以访问具有(yǒu)通用(yòng)仿真组件的组件库，因此只需几分(fēn)钟即可(kě)设置上述電(diàn)路并开始运行仿真。原理(lǐ)图编辑器包括一个带有(yǒu)简化界面的 SPICE 仿真包，允许您访问分(fēn)析任何電(diàn)路所需的标准仿真集。您不仅限于设计中的通用(yòng)仿真组件，还可(kě)以為(wèi)组件分(fēn)配 SPICE 子電(diàn)路模型，以便更好地预测和建模设计的電(diàn)气行為(wèi)。

Altium Designer 中更高级的模拟

虽然 Altium Designer 中的瞬态功率计算很(hěn)有(yǒu)用(yòng)，但它们并不是您可(kě)以执行的唯一模拟。可(kě)以在 Altium Designer 的原理(lǐ)图编辑器中执行针对 MOSFET 電(diàn)路的任何 SPICE 仿真。使用(yòng) Altium Designer 中的全套设计工具，而不是使用(yòng)单独的原理(lǐ)图创建工具和電(diàn)路模拟器。原理(lǐ)图、電(diàn)路图、模拟以及最终的 PCB 布局都可(kě)以在 Altium Designer 中一起访问。

您的 MOSFET 功耗计算从使用(yòng)電(diàn)路图创建原理(lǐ)图开始。

制造商(shāng)零件搜索面板可(kě)帮助您搜索電(diàn)子产品供应链，并為(wèi)您的原理(lǐ)图设计找到具有(yǒu)经过验证的 PCB 封装的真实组件。 

如果您不熟悉 SPICE 仿真，我们已经汇总了您成功使用(yòng)此标准仿真包所需了解的基本信息。

ltium Designer 中的制造商(shāng)部件搜索面板使您可(kě)以访问设计的原理(lǐ)图符号和 PCB 封装。

构建和仿真更复杂的 MOSFET 電(diàn)路

使用(yòng) MOSFET 功率耗散计算器的主要目标是确保您的 MOSFET 不会散发过多(duō)热量而导致它们过热和失效。直流操作期间的过热和开关期间的高瞬态電(diàn)流消耗，然后是快速过热，是 MOSFET 故障的最常见原因。為(wèi)了防止过多(duō)的電(diàn)流消耗、功耗和过热，MOSFET 電(diàn)路会变得更加复杂。

一种选择是将 MOSFET 并联，以便它们仍然可(kě)以在系统中提供所需的電(diàn)流。通过并联放置 MOSFET，总功耗在阵列中的 MOSFET 之间分(fēn)配。这种安排需要仿真以确保電(diàn)路在开关期间不会产生不需要的振荡或过流。SPICE 仿真与实际组件模型仍可(kě)用(yòng)于检查这些更复杂的 MOSFET 電(diàn)路以及您设计中的其他(tā)電(diàn)路。

分(fēn)层示意图可(kě)以帮助您保持井井有(yǒu)条

Altium Designer 的原理(lǐ)图编辑器允许您為(wèi)项目创建层次结构，以帮助您组织電(diàn)路并保持高效。设计人员可(kě)以实施平面、分(fēn)层或多(duō)通道设计结构，以便可(kě)以创建和模拟更复杂的電(diàn)路。捕获原理(lǐ)图并将 CAD 数据分(fēn)配给组件后，您就可(kě)以将设计导入新(xīn)的 PCB 布局。

分(fēn)层项目结构可(kě)帮助您保持井井有(yǒu)条并构建复杂的 PCB。 

并联 MOSFET 通常用(yòng)于需要高電(diàn)流的功率转换器和電(diàn)机控制系统。 

Altium Designer 强大的原理(lǐ)图编辑器為(wèi)您提供了為(wèi)一系列应用(yòng)（例如照明系统）设计带有(yǒu) MOSFET 的高功率系统所需的工具。 

MOSFET 可(kě)以并联使用(yòng)，应模拟这些電(diàn)路以确保稳定性。

轻松过渡到您的 PCB 布局

完成電(diàn)路板原理(lǐ)图后，您就可(kě)以将组件导入 PCB 布局，并且可(kě)以开始在電(diàn)路板布局中排列组件。Altium Designer 在集成的 PCB 布局编辑器中包含一整套 CAD 工具，因此您可(kě)以快速导入和布置電(diàn)路板中的组件。当其他(tā)電(diàn)路板设计平台将您的设计特征分(fēn)离到不同的应用(yòng)程序中时，Altium Designer 使您可(kě)以通过单一工作流程访问一个应用(yòng)程序中所需的一切。

在 Altium Designer 中完成電(diàn)路设计和 PCB 布局

只有(yǒu) Altium Designer 包含创建和仿真 MOSFET 電(diàn)路、随后创建 PCB 布局和布線(xiàn)電(diàn)路板所需的一切。当您准备好生产電(diàn)路板时，您可(kě)以使用(yòng) Altium Designer 从電(diàn)路板布局数据快速生成 PCB 制造文(wén)件。使用(yòng) OutJob 文(wén)件获取您的 PCB 数据并生成 PCB 制造商(shāng)所需的标准可(kě)交付成果。

Altium Designer 為(wèi)您提供将您的想法变為(wèi)现实所需的一切。您可(kě)以在 Altium Designer 中构建从简单的 MOSFET 電(diàn)路到高级電(diàn)子产品的任何东西。 

Altium Designer 用(yòng)户界面的强大功能(néng)来自集成的设计规则引擎，可(kě)让您的设计功能(néng)在单个程序中协同工作。 

所有(yǒu) Altium Designer 用(yòng)户都可(kě)以通过 Altium 365 平台共享他(tā)们的设计。设计团队使用(yòng) Altium 365 在安全的云环境中保持生产力并共享设计数据

Altium Designer 中集成的 SPICE 仿真包生成的 MOSFET 仿真结果。

Altium Designer 中的原理(lǐ)图编辑器和 SPICE 仿真包可(kě)為(wèi)您提供您期望在 MOSFET 功耗计算器中找到的一切。当您需要一整套组件创建和管理(lǐ)工具时，请使用(yòng)业界最佳的 ECAD 实用(yòng)程序来创建和模拟您的電(diàn)路。

Altium 365上的 Altium Designer為(wèi)電(diàn)子行业提供了前所未有(yǒu)的集成度，直到现在都被降级為(wèi)软件开发领域，使设计人员可(kě)以在家工作并达到前所未有(yǒu)的效率水平。