UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA TOR VERGATA

TESI DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA ELETTRONICA

MODELLIZZAZIONE ELETTRICA E TERMICA DEI MOSFET DI POTENZA

GIANLUCA FRONTE

Relatore: Prof. Stefano Bifaretti

Correlatore: Prof. Armando Bellini

Anno accademico 2012 - 2013

Indice degli Argomenti

Modelli impiegati nella simulazione dei MOSFET

Modelli Fisici e Modelli Fisici Empirici

Modelli nei Software di Simulazione

Modello Termico dei MOSFET

Applicazione del Modello Termico ai Convertitori Elettronici di Potenza

Modelli impiegati per la simulazione dei MOSFET

Modelli fisici

Ricavati dallo studio dei fenomeni fisici, alla base del comportamento del dispositivo.

Il modello Boltzmann.

Il modello Schrödinger-Poisson.

Modelli fisici empirici

Modellizzato attraverso un equivalenza circuitale.

Metodi per la simulazione numerica. Metodo delle differenze

finite (FDM). Metodo degli elementi al

contorno (BEM). Metodo degli elementi finiti

(FEM).

Programmi di simulazione a livello circuitale.

PSIM

Il Modello a Commutazione: opera o nella regione di cut-off (stato di off) o in regione di saturazione (stato di on).

Il Modello Lineare: può operare in cut-off, in zona lineare ed in regione di saturazione.

Il Modello Termico: tiene conto delle caratteristiche statiche del dispositivo (come la caduta di tensione in conduzione, lo stato della resistenza, ecc.) e le caratteristiche dinamiche (quali transitori di spegnimento ed accensione).

Modelli in PSIM

Modello Termico

Modello Termico

Pd_Q = 11.5WPON = 27WTj = 42°C

Convertitore c.c. – c.c. Riduttore

Device Database Editor

RDSon non varia con

la temperatu

ra

Modello Termico

PON = 31WTj = 44.7°CRDS(ON) = +15.7%

Elemento non lineare

Senza l’Elemento non lineare

Tj_Z = 44.7°C

Tj = 42°C

PON_Z = 31W

PON = 27W

Convertitore Bistadio

Tj_1 = 50°C Tj_3 = 67°C

Risultati della simulazione senza l’elemento non lineare

Tj_3 = 67°C

Tj_1 = 50°C

Pd_QPON

Convertitore Bistadio con l’elemento non lineare

MOSFET con l’elemento non lineare

R(DS)on_1 (25°C) = 0.045 Ω R(DS)on_1_Z (82°C) = +50%

R(DS)on_3 (25°C) = 0.045 Ω R(DS)on_3_Z (72°C) = +46.2%

Tj_1 = 50°C Tj_1_Z = 82°CTj_3 = 67°C Tj_3_Z = 72°C

Risultati con la variazione della R(DS)on

Tj_3 = 72°C

Tj_1 = 82°C

Conclusioni

Definizione di un metodo che permette di includere gli

effetti della temperatura sul valore della R(DS)on

Stima più attendibile della Potenza Dissipata

Stima più attendibile della Temperatura di Giunzione

Grazie