Come utilizzare SPICE come calcolatore della potenza dissipata MOSFET

Zachariah Peterson
|  Creato: August 4, 2021  |  Aggiornato: April 13, 2022
Calcolatore di potenza dissipata MOSFET

Gli schemi circuitali e i diagrammi schematici formano il fulcro della progettazione PCB. Per garantirne l'affidabilità, è necessario calcolare la potenza dissipata nei circuiti. Alcuni componenti, come i MOSFET, presentano valori elettrici chiaramente definiti, tuttavia, determinare se il progetto sarà conforme a questi valori nominali non è un problema così semplice da risolvere. Il calcolo della potenza dissipata nei componenti attivi, in alcuni semiconduttori e MOSFET richiede l'utilizzo di pacchetti SPICE che implementano modelli di componenti reali.

Per i progettisti che necessitano di un calcolatore della potenza dissipata MOSFET, è possibile utilizzare il motore di simulazione SPICE di Altium Designer. Questo può aiutarti a creare rapidamente circuiti MOSFET e ad analizzare la dissipazione di potenza per garantire l'affidabilità del progetto. Inoltre, per preparare una vera e propria scheda per la produzione, avrai accesso a un editor di layout PCB completo.

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Trovare strumenti affidabili per calcolare il comportamento dei circuiti nei dispositivi attivi può risultare difficile. Alcuni circuiti non possono essere analizzati utilizzando le tecniche circuitali standard, poiché i problemi coinvolgono equazioni trascendenti complesse, le quali richiedono un algoritmo numerico iterativo per la risoluzione. Per problemi di questo genere è necessario utilizzare strumenti di simulazione all'interno del software di progettazione di circuiti per valutare l'affidabilità del progetto.

Alcuni circuiti di uso comune che devono essere valutati per stabilirne l'affidabilità sono i circuiti MOSFET, in particolare i MOSFET di potenza e gli amplificatori. Questi circuiti sono molto diffusi, in quanto i MOSFET hanno sostituito i BJT in molte applicazioni che operano ad alta potenza e ad alta frequenza. Poiché questi componenti sono in grado di funzionare ad alta potenza e possono raggiungere una temperatura elevata durante il funzionamento, i progettisti potrebbero iniziare a sentire il bisogno di un calcolatore della potenza dissipata MOSFET per garantire l'affidabilità della progettazione.

Sebbene non vi sia una semplice applicazione di calcolo che possa garantire un funzionamento affidabile dei circuiti MOSFET, Altium Designer include tutto l'occorrente per progettare e simulare circuiti MOSFET in modo da garantire una distribuzione dell'alimentazione affidabile con i tuoi componenti. Continua a leggere per scoprire cosa puoi progettare in Altium Designer e come puoi simulare la distribuzione dell'alimentazione del tuo MOSFET.

Utilizzo di SPICE come calcolatore della potenza dissipata MOSFET

Prima di eseguire una semplice simulazione della potenza dissipata MOSFET, è necessario utilizzare un editor di circuito o un'applicazione software di creazione dello schema circuitale per costruire il circuito MOSFET. I software migliori offrono accesso a una libreria dei componenti completa per costruire circuiti e simulazioni. La seguente immagine di esempio mostra un semplice circuito di un amplificatore MOSFET collegato a un carico ad alta impedenza. Questo circuito è stato costruito su Altium Designer e può essere simulato facilmente con un pacchetto SPICE di base.

Calcolato della potenza dissipata MOSFET
Simulazione del calcolatore della potenza dissipata MOSFET.


In questo circuito è possibile eseguire una simulazione di analisi transitoria per esaminare come raggiunge lo stato stazionario. Questo circuito semplice fa parte di un sistema più grande, ma può essere facilmente simulato isolatamente per determinare la potenza erogata. L'output di alimentazione si trova moltiplicando il differenziale di tensione (misurata con le sonde nell'immagine precedente) e la corrente attraverso il resistore R13.

Poiché l'editor schematico in Altium Designer offre l'accesso alle librerie con componenti di simulazione generica, bastano solo pochi minuti per configurare il circuito sopra indicato e iniziare a eseguire le simulazioni. L'editor schematico include un pacchetto di simulazione SPICE con un'interfaccia semplificata, la quale consente l'accesso al set standard di simulazioni necessarie per analizzare qualsiasi circuito. Non devi limitarti ai componenti di simulazione generici nel tuo progetto, infatti puoi assegnare modelli di sottocircuiti SPICE ai componenti per prevedere e modellare meglio il comportamento elettrico del tuo progetto.

Simulazioni più avanzate in Altium Designer

Sebbene i calcoli della potenza transitoria in Altium Designer siano utili, non sono le uniche simulazioni che puoi eseguire. Qualsiasi simulazione SPICE per i circuiti MOSFET può essere eseguita nell'editor schematico di Altium Designer. Invece di utilizzare strumenti separati per la creazione di diagrammi schematici e simulatori di circuito, utilizza il set completo di strumenti di progettazione in Altium Designer. Schemi circuitali, diagrammi di circuito, simulazioni ed infine un layout PCB sono accessibili in Altium Designer.

Selezione dei componenti PCB
Il pannello di ricerca delle parti del produttore in Altium Designer ti offre l'accesso a simboli schematici e footprint PCB per il tuo progetto.

Costruisci e simula circuiti MOSFET più complessi

L'obiettivo principale dell'utilizzo di un calcolatore della potenza dissipata MOSFET consiste nel garantire che i MOSFET non arrivino a dissipare così tanto calore da arrivare a surriscaldarsi e guastarsi. Il surriscaldamento durante il funzionamento CC e l'elevato assorbimento di corrente transitoria durante la commutazione, seguito da un rapido surriscaldamento, sono le cause più comuni di guasto di un MOSFET. Al fine di evitare: consumo di corrente, dissipazione di potenza ed eccessivo surriscaldamento, i circuiti MOSFET possono diventare più complessi.

Un'opzione consiste nel posizionare i MOSFET in parallelo, in modo che possano comunque fornire la corrente richiesta in un sistema. Collocando i MOSFET in parallelo, la potenza dissipata totale viene suddivisa tra i MOSFET nell'array. Questa disposizione deve essere simulata per assicurarsi che il circuito non produca oscillazioni indesiderate o una sovracorrente durante la commutazione. Le simulazioni SPICE con modelli di componenti reali possono comunque essere utilizzate per esaminare i circuiti MOSFET più complessi, nonché altri circuiti nella progettazione.

Gli schemi a struttura gerarchica possono aiutarti nell'organizzazione

L'editor schematico di Altium Designer ti consente di creare una struttura gerarchica per il tuo progetto, in modo da aiutarti a organizzare i tuoi circuiti e mantenere costante il livello di produttività. I progettisti possono implementare strutture di progettazione piatte, gerarchiche o multicanale in modo da creare e simulare circuiti più complessi. Dopo aver acquisito gli schemi e assegnato i dati CAD ai componenti, puoi procedere all'importazione del progetto in un nuovo layout PCB.

Cattura schematica di un layout PCB con MOSFET in parallelo
I MOSFET possono essere utilizzati in parallelo e questi circuiti devono essere simulati per garantirne la stabilità.

Passa facilmente al layout PCB

Una volta completati gli schemi elettrici dei circuiti stampati, puoi procedere a importare i componenti nel layout PCB e iniziare a disporli nel layout del circuito stampato. Altium Designer include un set completo di strumenti CAD in un editor integrato di layout PCB, che ti consente di importare e sistemare rapidamente i componenti nel circuito stampato. Mentre altre piattaforme di progettazione di circuiti stampati separano le funzionalità di progettazione in applicazioni diverse, Altium Designer offre l'accesso a tutto l'occorrente in un'unica applicazione con un unico flusso di lavoro.

Progettazione completa di circuiti e layout PCB in Altium Designer

Solo Altium Designer include tutto l'occorrente per creare e simulare i circuiti MOSFET e passare successivamente alla creazione del layout PCB e al routing della scheda. Quando sarà il momento di produrre la scheda, potrai creare rapidamente i file di produzione PCB dai dati di layout del circuito stampato tramite Altium Designer. Utilizza il file OutJob per acquisire i dati PCB e generare i risultati standard necessari per un produttore di PCB!

Analisi transitoria della simulazione MOSFET con pacchetto SPICE
Risultati della simulazione MOSFET generati con il pacchetto di simulazione SPICE integrato in Altium Designer.

L'editor di schemi circuitali e il pacchetto di simulazione SPICE in Altium Designer possono fornirti tutto ciò che ti aspetti di trovare in un calcolatore per la potenza dissipata MOSFET. Quando hai bisogno di un set completo di strumenti per la creazione e la gestione dei componenti, utilizza le migliori utilities ECAD del settore per creare e simulare i circuiti.

La collaborazione fra Altium Designer e Altium 365 offre un valore d'integrazione senza precedenti nel settore dell'elettronica, finora relegato solamente al mondo dello sviluppo dei software. In questo modo i progettisti possono lavorare da remoto e raggiungere comunque straordinari livelli di efficienza.

Questo è solo un piccolo esempio di ciò che è possibile realizzare con Altium Designer tramite Altium 365. Consulta la pagina di prodotto per una descrizione più approfondita delle funzionalità o per seguire uno dei webinar on-demand.

Sull'Autore

Sull'Autore

Zachariah Peterson ha una vasta esperienza tecnica nel mondo accademico e industriale. Prima di lavorare nel settore dei PCB, ha insegnato alla Portland State University. Ha condotto la sua Fisica M.S. ricerche sui sensori di gas chemisorptivi e il suo dottorato di ricerca in fisica applicata, ricerca sulla teoria e stabilità del laser casuale. Il suo background nella ricerca scientifica abbraccia temi quali laser a nanoparticelle, dispositivi semiconduttori elettronici e optoelettronici, sistemi ambientali e analisi finanziaria. Il suo lavoro è stato pubblicato in diverse riviste specializzate e atti di conferenze e ha scritto centinaia di blog tecnici sulla progettazione di PCB per numerose aziende. Zachariah lavora con altre società del settore PCB fornendo servizi di progettazione e ricerca. È membro della IEEE Photonics Society e dell'American Physical Society.

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