1. 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

2. 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

3. 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.

4. PSIM

5. 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

6. Modello Termico

7. Modello Termico
Pd_Q = 11.5W
PON = 27W
Tj = 42°C
Convertitore c.c. – c.c. Riduttore
Device Database Editor
RDSon non
varia con la
temperatura

8. Modello Termico
PON = 31W
Tj = 44.7°C
RDS(ON) = +15.7%

9. Elemento non lineare
Senza l’Elemento non lineare
Tj_Z = 44.7°C
Tj = 42°C
PON_Z = 31W PON = 27W

10. Convertitore Bistadio

11. 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_Q
PON

12. Convertitore Bistadio
con l’elemento non lineare

13. MOSFET con l’elemento non lineare

14. R(DS)on_1 (25°C) = 0.045Ω  R(DS)on_1_Z (82°C) = +50%
R(DS)on_3 (25°C) = 0.045Ω  R(DS)on_3_Z (72°C) = +46.2%
Tj_1 = 50°C  Tj_1_Z = 82°C
Tj_3 = 67°C  Tj_3_Z = 72°C
Risultati con la variazione della R(DS)on
Tj_3 = 72°C
Tj_1 = 82°C

15. 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

16. Grazie