熱設計のためのノウハウや定石を単に伝えるのではなく、電子装置における熱の発生と熱の移動の原理を理解し、数式化することによって定量的な熱設計を可能とし、SPICEを使った熱過渡解析ができる知識を得ることを目標とした講座です。

• 熱伝導の3要素（輻射伝熱、対流伝熱、伝導伝熱）についてそのメカニズムと、それらを表現する数式を解説します。
• プリント基板での熱設計に使用される熱特性パラメータについても、熱抵抗との比較を行い説明します。
• 電気系の設計者にとって理解しやすいように、熱回路網を電気回路網に置き換えて記述しLTspiceで過渡解析を行います。
• 2つの間欠動作する発熱源を1つのヒートシンクに実装した系のシミュレーション結果を実測結果と比較することによって、モデル化とパラメータ合わせ込みについて詳説します。
• 自己発熱モデルを理解するために、SiC Power MOSFETに対してビヘイビアモデルを使ったモデルの作り方、シミュレーション回路の作成、LTspiceを使った熱過渡解析を行い、メーカ提供の自己発熱モデルを使った熱過渡解析との比較を解説します。

講座受講後の講師への質問は期間・内容とも制限を設けずに受け付けます。

※LTspice：アナログ・デバイセズ社配布の無償使用可能・無制限のSPICEシミュレータ

期待される効果

• 熱設計の必要性、昇温による機能性、信頼性、安全性の不具合を知る
• 伝熱の３要素、熱流量と熱抵抗の関係を理解する
• 熱抵抗と熱特性パラメータの違いを理解し両者を使用した熱計算ができる
• 発熱源と放熱系から構成される系に対して、熱回路網モデルの作成から熱過渡解析ができる
• FETの自己発熱モデル作成方法を知り、それを使用した熱過渡解析を理解する
• 自己発熱モデルの基本を理解することによって入手したthermal modelを理解できる

主な受講対象者

• 回路設計担当者、熱設計担当者
• SPICEを使った熱シミュレーションを行いたい方
• 電気系設計、熱設計の経験者、中級以上の方
• 電気系設計のリーダーを目指す方
• LTspceのインストール～過渡解析のできる方

セミナープログラム

1. セミナー概要
・講座の狙い、到達目標
・講座内容

2. なぜ熱設計が必要か
・昇温による回路の機能不良発生
・昇温による熱暴走発生
・高温環境での回路部品の劣化促進
・繰り返し温度変化による金属疲労発生
・昇温による低温やけど発生

3. 熱伝導の3要素
・伝導
・対流
-対流を理解するための理論
・輻射
-輻射における、吸収、反射、透過
-プランクの法則、ウィーンの変位則、黒体、灰色体、放射におけるキルヒホッフの法則
-輻射を使った温度計測
・まとめ

4. 熱計算
・熱と電気の対比
・熱計算のパラメータ定義
-熱回路網と電気回路網のパラメータ
・基本的な熱抵抗計算
-熱抵抗計算
・熱計算の実際
-3端子レギュレータICのヒートシンクサイズ計算
-スマートフォン許容最大消費電力計算
・熱抵抗と熱特性パラメータ

5. MOSFETの電流電圧特性式
・MOSFETの電流電圧特性理論式
-Shockley modelによる電流電圧特性
-Level1 modelによる電流電圧特性
・SPICEにおけるMOSFET model
-Level3 modelによる電流電圧特性
・SPICEにおけるビヘービア電源を使ったMOSFET model
-ビヘービア電源の使い方
-ビヘービア電流源を使用したNch MOSFET model

6. 熱回路網とSPICEシミュレーション
・熱回路網モデルの概要
-実験系概要
-Cauer modelとFoster model
・熱回路網モデルの実際
-実験系の熱回路網モデル化
-モデル各定数の算出根拠
・実験系の熱回路網モデル化とシミュレーション
-経験定数を使ったヒートシンクのモデル化とシミュレーション
-ビヘービア電源を使ったヒートシンクのモデル化とシミュレーション
-対流熱抵抗と輻射熱抵抗の収束計算
・実測とSPICEシミュレーション
・SPICEにおけるシミュレーション温度設定

7. MOSFETの自己発熱
・MOS Inverterの消費電流
・MOSICの動作速度，消費電流の温度依存性
・デバイスの自己発熱とSPICEにおける温度設定
・MOSFET簡単な自己発熱モデルの考え方
・MOSFET簡単な自己発熱モデルを使った熱過渡シミュレーション

8. 自己発熱MOSFET model作成と熱シミュレーション
・自己発熱MOSFET modelの作り方
-自己発熱MOSFET model＋熱等価回路を使った熱回路網モデル
-SPICEシミュレーションでのIds計算
-熱回路網モデル(ジャンクション～ケース～基板～雰囲気)
・自己発熱MOSFET modelを使った熱過渡シミュレーション
-熱過渡シミュレーション結果
-ベンダー提供モデルについて
-ベンダー提供モデルと研修モデルの比較