2021：热敏电阻仿真奥德赛（第2部分）：LTspice反其道而行…热模拟

本文第1部分结束时1提到，通过VHDL_AMS建模，设计人员可以协调热控和电气设计。实际上，阅读“热门话题：电气热设计”一文之后2，可以清楚地看出，VHDL-AMS设计中几个晶体管、其他半导体元件以及发热元件产生的热通量可直接注入热阻容 （RC） 网络，建立这些元件散热器，或简单外围电路的模型。

这样，可以计算应用中的热点，正确设计各种散热器。

图1是 off/off温度传感应用中量化器件产生热量的一个例子 （参考文献3为读者提供模拟这个电路的URL）。

图1

然后，用求出的计算温度 （节点：“achieved temp” ） 作为反馈信号，通过Vishay NTCLE100热敏电阻控制发热元件。

这种热量计算内置在SystemVision Cloud VHDL AMS描述模型中。虽然固定电阻很简单，但晶体管计算有点复杂。

将VHDL-AMS理论描述精度与最佳SPICE的速度相结合的想法看起来吸引人，但是谁有时间？ 这是因为LTspice某些方面仍然 （部分） 缺少可以依据的事实，即使20年之后，某些方面还是不明。以图2a电路为例。我们想计算Q1晶体管耗散功率。经过瞬态模拟之后，将鼠标指向Q1，按 “alt” 键。Q1附近出现绿/红两色温度计 （图2b）。左键单击这个温度计，不仅可以获得Q1耗散功率，甚至可以获得虚拟示波器得出这一结果使用的公式。

功率= V（C,E） x Ic（Q1）+ V（B,E） x Ib（Q1）

式中

-C、E和B节点是Q1集电极、发射极和基极节点

-Ic（Q1） 和 Ib（Q1） 分别是Q1的集电极和基极电流

图2a 图2b

举例来说，R2也一样。Q1和R2的功率电平如图3所示。

图3

我们再进一步。由于与VHDL-AMS一样，LTspice为工程师协调热控/电气设计提供了可能性，我们现在要做的就是建立热电数据库。具体方法如图4所示。通过增加行为电流源可以轻松创建新器件，所得值与LTspice公式计算结果完全一致。热源 （单位W） 模拟为电流 （单位A） - 看起来有点麻烦，但尽管如此，的确很实用。

图4左侧部分显示分解器件，右侧显示带HEAT引脚输出的热NPN晶体管新合成符号。

图4

这个电流源 （我称之为“热源” ） 可直接注入热RC网络，这与SystemVision Cloud的情况完全相似。系统温度是节点 （syst） 电压，从25 °C （起点） 开始陡升，直至达到高值，取决于热敏电阻R10 （图5）。

图5

最后一个例子，我们看图6电路，这是一个基于Vishay VOT8125 TRIAC光耦的温度调节电路。请注意，散热器由热敏电阻 （°C/W） 和热敏电容 （J/°C） 临时组成。

图6

图7a显示散热器和NTC温度瞬态变化，所有元件存在蒙特卡罗公差。图7b显示V（NTC） 达到v（ref） 以及因R9滞后时，相应电压变化和运放U3切换。

图7a

图7b

作为一般性结论，我们看到，SystemVision Cloud和LTspice都可以协调热控/电气设计，特别是基于热敏电阻的电路。 尽管途径不同，但两者实现的目标是一样的。

有关LTspice的问题，我们在本文第一部分说过，这个软件中器件温度有时需要以伏特表示，现在，我们以电流源表示热量结束第二部分。这样，工程师是不是更灵活了？ 最后，采用参考文献4介绍的技巧可以巧妙地求出这种单位的瓦数。我们以图6为例，假定我们以W为单位显示热元件U9的耗散功率，以°C为单位显示元件温度。

我们用-I（V5）*1W/1A、V（Tsystem）*1degC/1V等指标绘出图形，得到图8所示图表，其中功率 （热耗散） 和温度还原各自的单位。

图8

与以往一样，本文使用的所有仿真电路可在SystemVision Cloud网站获取，或通过[e-mail]与作者联系。

1.https://www.planetanalog.com/author.asp？section_id=3356&doc_id=565170

2.https://www.planetanalog.com/author.asp？section_id=3353&doc_id=564612

3.https://www.systemvision.com/design/onoff-temperature-control-thermistor-and-heated-body-models

4.LTspice ： Nouvelles commandes， applications inédites， création et importation de modèles et de sous-circuits， page 85， Dunod， 2015