Cómo utilizar SPICE como calculadora de disipación de potencia de MOSFET

Zachariah Peterson
|  Creado: August 4, 2021  |  Actualizado: April 22, 2022
Calculadora de disipación de potencia de MOSFET

Los diagramas y esquemas de los circuitos son el pilar fundamental de cualquier diseño de PCB, por lo que la fiabilidad requiere que calcules la disipación de potencia en los circuitos. Algunos componentes, como los MOSFET, tienen valores eléctricos claramente definidos, pero establecer si tu diseño respetará estos valores no es tarea fácil. Calcular la disipación de potencia en componentes activos, algunos semiconductores y los MOSFET, implica utilizar paquetes SPICE que implementan modelos de componentes reales.

Para los diseñadores que necesiten una calculadora de disipación de potencia de MOSFET, es posible utilizar un paquete de simulación SPICE que calcula rápidamente la potencia disipada en un MOSFET. El motor actualizado de simulación SPICE de Altium Designer puede ayudarte a crear circuitos MOSFET sin complicaciones y a analizar la disipación de energía a fin de garantizar la fiabilidad del diseño. También tendrás acceso a un extenso editor de disposición de PCB con el que podrás preparar una placa real para su producción.

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Encontrar aplicaciones fiables para calcular el comportamiento de los circuitos en dispositivos activos puede resultar complicado. Algunos circuitos no pueden analizarse mediante técnicas de circuitos convencionales, ya que los problemas implican complejas ecuaciones trascendentes que requieren de un algoritmo numérico iterativo para su resolución. Ante este tipo de problemas, es necesario utilizar herramientas de simulación dentro del software de diseño de circuitos a fin de ayudarte a evaluar la fiabilidad del diseño.

Algunos de los circuitos más habituales, cuya fiabilidad debe evaluarse son los circuitos MOSFET, concretamente los MOSFET de potencia y los amplificadores. Estos circuitos son omnipresentes, ya que los MOSFET han sustituido a los BJT en muchas aplicaciones que funcionan a alta potencia y alta frecuencia. Puesto que estos componentes pueden funcionar a gran potencia y pueden alcanzar temperaturas elevadas durante su funcionamiento, es probable que los diseñadores decidan buscar una calculadora de disipación de potencia para MOSFET a fin de garantizar la fiabilidad del diseño.

Aunque no existe una aplicación de cálculo sencilla que pueda ayudarte a garantizar un funcionamiento fiable de los circuitos MOSFET, Altium Designer incorpora todo lo que necesitas para diseñar y simular circuitos MOSFET, de modo que puedas garantizar un suministro de energía seguro con tus componentes. Sigue leyendo y descubre todo lo que puedes diseñar con Altium Designer y cómo simular la distribución de alimentación de tus MOSFET.

Cómo utilizar SPICE como calculadora de disipación de potencia de MOSFET

Para llevar a cabo una simulación sencilla de la disipación de potencia de un MOSFET, primero debes utilizar un editor de circuitos o una aplicación de software de creación de esquemas que te permita montar tu circuito MOSFET. Con el mejor software, podrás acceder a una completa biblioteca de componentes para construir tus circuitos y simulaciones. La imagen de ejemplo de abajo muestra un sencillo circuito amplificador MOSFET conectado a una carga de alta impedancia. Este circuito fue creado con Altium Designer y puede simularse fácilmente con un paquete SPICE básico.

Calculadora de disipación de potencia de MOSFET
Simulación de la calculadora de disipación de potencia del MOSFET.


En este circuito, puedes realizar una simulación de análisis transitorio a fin de analizar cómo el circuito llega a su estado estacionario. Este sencillo circuito forma parte de un sistema más amplio, pero puede simularse fácilmente de forma aislada para determinar la salida de potencia. La salida de potencia se obtiene multiplicando el diferencial de tensión (medido con las sondas en la imagen anterior) y la corriente que pasa por la resistencia R13.

Gracias a que el editor de esquemas de Altium Designer permite acceder a bibliotecas de componentes con componentes de simulación genéricos, solo se tarda unos minutos en configurar el circuito anterior y empezar a realizar simulaciones. El editor de diagramas esquemáticos incluye un paquete de simulación SPICE con una interfaz simplificada, que te permitirá acceder al conjunto estándar de simulaciones imprescindible para el análisis de cualquier circuito. En tu diseño, no estarás limitado a componentes de simulación genéricos, sino que podrás asignar modelos de subcircuito SPICE a los componentes de modo que puedas predecir y simular mejor el comportamiento eléctrico de este.

Otras simulaciones avanzadas en Altium Designer

Aunque los cálculos de potencia transitoria en Altium Designer son útiles, no son las únicas simulaciones que puedes realizar. Desde el editor de esquemas de Altium Designer puedes realizar cualquier simulación SPICE para circuitos MOSFET. En lugar de utilizar herramientas de creación de hojas esquemáticas y simuladores de circuitos por separado, puedes emplear el conjunto completo de herramientas de diseño de Altium Designer. Los esquemas, los diagramas de circuito, las simulaciones y, en última instancia, el diseño de la PCB son accesibles de forma conjunta en Altium Designer.

Selección de componentes para PCB
El panel de búsqueda de piezas del fabricante en Altium Designer te permite acceder a símbolos esquemáticos y footprints de PCB para tu diseño.

Crear y simular circuitos MOSFET más complejos

El objetivo principal de utilizar una calculadora de disipación de potencia para MOSFET es garantizar que no disipen tanto calor como para sobrecalentarse y fallar. El sobrecalentamiento durante el funcionamiento en CC y el elevado consumo de corriente transitoria durante la conmutación, seguidos de un rápido sobrecalentamiento, son las causas más comunes de fallo de los MOSFET. Con la idea de evitar el consumo excesivo de corriente, la disipación de energía y el sobrecalentamiento, los circuitos MOSFET pueden volverse más complejos.

Una opción es conectar los MOSFET en paralelo para que puedan continuar proporcionando la corriente necesaria al sistema. Al colocar los MOSFET en paralelo, la disipación total de potencia se distribuye entre los MOSFET del conjunto. Esta disposición precisa de una simulación para garantizar que el circuito no produzca oscilaciones no deseadas o sobreintensidades durante la conmutación. Las simulaciones SPICE con modelos de componentes reales pueden seguir utilizándose para examinar estos circuitos MOSFET más complejos, así como otros circuitos del diseño.

Los diagramas esquemáticos jerárquicos pueden ayudarte a mantener la organización

El editor de esquemas de Altium Designer te permite crear una estructura jerárquica en el proyecto capaz de ayudarte a organizar los circuitos y ser productivo. Los diseñadores pueden implementar estructuras de diseño planas, jerárquicas o multicanal para poder crear y simular circuitos más complejos. Una vez que hayas plasmado los esquemas y asignado los datos CAD a los componentes, estarás preparado para importar tu diseño a una nueva disposición de PCB.

Diseño de placas de circuito impreso con captura de esquemas
Los MOSFET pueden utilizarse en paralelo, es recomendable simular estos circuitos para garantizar la estabilidad.

Una transición sencilla hacia la disposición de tu PCB

Una vez que hayas completado los diagramas esquemáticos de la placa de circuito impreso, estarás listo para importar los componentes al diseño de la PCB y empezar a disponerlos sobre esta. Altium Designer incluye un completo paquete de herramientas CAD en un editor de diseño de PCB integrado para que puedas importar y organizar rápidamente los componentes sobre la placa. Mientras que otras plataformas de diseño de placas de circuito impreso separan las funciones de diseño en diferentes aplicaciones, Altium Designer te da acceso a todo lo que necesitas en una sola aplicación y con un único flujo de trabajo.

Diseño de circuitos y disposición de PCB integrales en Altium Designer

Únicamente Altium Designer incluye todo lo que necesitas para crear y simular tus circuitos MOSFET, así como para diseñar la distribución de tus placas y enrutarlas. Una vez que la placa esté lista para la producción, podrás utilizar Altium Designer para generar fácilmente los archivos de fabricación a partir de los datos del diseño de la PCB. Gracias a los archivos OutJob, puedes extraer los datos de la PCB y generar los documentos estándar necesarios para su fabricación.

Análisis transitorio por simulación SPICE
Resultados de la simulación del MOSFET generados con el paquete de simulación SPICE integrado en Altium Designer.

El editor de esquemas y el paquete de simulación SPICE de Altium Designer te ofrecen todo lo que esperas de una calculadora de disipación de potencia de MOSFET. Cuando necesites un conjunto completo de instrumentos de creación y gestión de componentes, utiliza las mejores herramientas ECAD del sector para crear y simular tus circuitos.

Altium Designer, en combinación con Altium 365, ofrece una integración sin precedentes en la industria electrónica que hasta ahora había quedado relegada al mundo del desarrollo de software, lo que permite a los diseñadores trabajar desde casa y alcanzar niveles de eficiencia sin precedentes.

Tan solo hemos rascado un poco la superficie de lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Puedes consultar la página del producto para obtener una descripción más detallada de sus características, así como alguno de los seminarios web a la carta.

Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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