サーマルモデル（Thermal Model）とは

SPICEモデルには、熱に関するシミュレーションを行うためのサーマルモデル（Thermal Model）と呼ばれるモデルとサーマルダイナミックモデル（Thermal Dynamic Model）があります。まず、サーマルモデルについてです。ここでは、サーマルモデルの概略をイメージできればとよいかと思います。

サーマルモデル（Thermal Model）とは

サーマルモデルとは、熱回路の計算を電気回路上で行うための、過渡熱抵抗に相当する電気回路のモデルです。熱抵抗にR、熱容量にCを使って表しています。以下に熱回路と電気回路の置き換えを示します。

式から、消費電力Pdを電流Iとして、熱モデルRthに印加することで、ジャンクション温度Tjを電圧としてモニタすることができます。

面実装タイプとスルーホール実装タイプのサーマルモデルを参考までに示します。
面実装タイプはチップから基板までを模擬したRth(j-a)モデル、スルーホール実装タイプはチップからフレームまでを模擬したRth(j-c)モデルとなっています。

以下は、最初に示した、2SCR523UB（一般増幅用NPNトランジスタ）のサーマルモデルの特性（過渡熱抵抗）をシミュレーションによってグラフ化したものです。STEPで定電流1Aを印加し、Tj端子の電圧をモニタしています。

次は、このサーマルモデルの使用例です。この例では、トランジスタの電力Pdとジャンクション温度Tjをモニタしています。Taには該当するバイアス、この場合は25℃＝25VDCを与えます。

上段のグラフが示すように、スイッチするトランジスタ2SCR523UBの温度がスイッチングに連動しながら上昇するのがわかります。このように過渡的なTjの変化をモニタすることが可能です。