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2020.05.27 시뮬레이션

서멀 모델 (Thermal Model)이란?

전자 회로 시뮬레이션의 기초

SPICE 모델에는 열에 관한 시뮬레이션을 실행하기 위한 서멀 모델 (Thermal Model)과 서멀 다이나믹 모델 (Thermal Dynamic Model)이 있습니다. 우선 서멀 모델에 대해 설명하겠습니다. 본 편에서는 서멀 모델에 대한 개요를 이해하여 주십시오.

서멀 모델 (Thermal Model)이란?

서멀 모델이란, 열 회로의 계산을 전기 회로 상에서 실행하기 위한, 과도 열 저항에 상당하는 전기 회로의 모델입니다. 열 저항에 R, 열 용량에 C를 사용하여 나타냅니다. 하기는 열 회로를 전기 회로로 대체하여 나타낸 것입니다.

상기 식에서 소비전력 Pd를 전류 I로 하여, 열 모델 Rth에 인가함으로써 junction 온도 Tj를 전압으로서 모니터링할 수 있습니다.

참고로 면실장 타입과 through-hole 실장 타입의 서멀 모델을 하기에 비교하였습니다.
면실장 타입은 칩에서 기판까지를 시뮬레이션하기 위한 Rth (j-a) 모델, through-hole 실장 타입은 칩에서 프레임까지를 시뮬레이션하기 위한 Rth (j-c) 모델입니다.

서멀 모델은 디바이스의 데이터 시트에 기재되어 있는 경우도 있습니다. 오른쪽 데이터 시트는 클릭하시면 크게 표시되므로, 화살표로 표시한 표와 아래쪽 회로도를 참조하여 주십시오.

하기는 앞서 게재한 2SCR523UB (일반 증폭용 NPN 트랜지스터)의 서멀 모델 특성 (과도 열 저항)을 시뮬레이션하여 그래프화한 것입니다. STEP에서 정전류 1A를 인가하여, Tj 단자의 전압을 모니터링합니다.

다음은, 이 서멀 모델의 사용 예입니다. 이 예는 트랜지스터의 전력 Pd와 junction 온도 Tj를 모니터링한 것입니다. Ta에는 해당하는 바이어스, 이 경우에는 25℃=25VDC를 인가합니다.

상단의 그래프와 같이, 스위칭하는 트랜지스터 2SCR523UB의 온도가 스위칭에 연동되어 상승하는 것을 알 수 있습니다. 이와 같이 과도한 Tj의 변화를 모니터링할 수 있습니다.

키 포인트

・SPICE 모델에는, 열에 관한 시뮬레이션을 실행하기 위한 서멀 모델 (Thermal Model)이 있다.

・서멀 모델이란, 열 회로의 계산을 전기 회로 상에서 실행하기 위한 과도 열 저항에 상당하는 전기 회로의 모델이다.

・소비전력 Pd를 전류 I로 하여, 열 모델 Rth에 인가함으로써, junction 온도 Tj를 전압으로서 모니터링할 수 있다.