Γιατί χρειαζόμαστε θερμική προσομοίωση

Τα περισσότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα θερμαίνονται όταν τα διαρρέει ρεύμα. Η θερμότητα εξαρτάται από την ισχύ, τα χαρακτηριστικά της συσκευής και τον σχεδιασμό του κυκλώματος. Εκτός από τα εξαρτήματα, η αντίσταση των ηλεκτρικών συνδέσεων, της χάλκινης καλωδίωσης και των διαμπερών οπών μπορεί επίσης να προκαλέσει κάποιες απώλειες θερμότητας και ισχύος. Προκειμένου να αποφευχθεί η αστοχία ή η αστοχία κυκλώματος, οι σχεδιαστές PCB θα πρέπει να δεσμευτούν στην παραγωγή PCB που μπορούν να λειτουργούν κανονικά και να παραμένουν εντός του ασφαλούς εύρους θερμοκρασίας. Αν και ορισμένα κυκλώματα μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς πρόσθετη ψύξη, σε ορισμένες περιπτώσεις, η προσθήκη καλοριφέρ, ανεμιστήρες ψύξης ή συνδυασμός μηχανισμών είναι αναπόφευκτη.

Γιατί χρειαζόμαστε θερμική προσομοίωση;

Η θερμική προσομοίωση είναι ένα σημαντικό μέρος της διαδικασίας σχεδιασμού ηλεκτρονικών προϊόντων, ειδικά όταν χρησιμοποιούνται σύγχρονα εξαιρετικά γρήγορα εξαρτήματα. Για παράδειγμα, ο μετατροπέας FPGA ή ο γρήγορος μετατροπέας AC/DC μπορεί εύκολα να διασπείρει αρκετά watt ισχύος. Επομένως, οι πλακέτες, τα περιβλήματα και τα συστήματα Η/Υ πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να ελαχιστοποιούν την επίδραση της θερμότητας στην κανονική λειτουργία τους.

Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε εξειδικευμένο λογισμικό που επιτρέπει στους σχεδιαστές να εισάγουν τρισδιάστατα μοντέλα ολόκληρης της συσκευής - συμπεριλαμβανομένων πλακών κυκλωμάτων με εξαρτήματα, ανεμιστήρες (εάν υπάρχουν) και περιβλήματα με αεραγωγούς. Στη συνέχεια προστίθενται πηγές θερμότητας στα στοιχεία προσομοίωσης - συνήθως σε μοντέλα IC, τα οποία παράγουν αρκετή θερμότητα για να τραβήξουν την προσοχή. Καθορίζονται οι περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως η θερμοκρασία του αέρα, το διάνυσμα βαρύτητας (για τον υπολογισμό της μεταφοράς) και μερικές φορές το εξωτερικό φορτίο ακτινοβολίας. Στη συνέχεια, προσομοιώστε το μοντέλο. Τα αποτελέσματα περιλαμβάνουν συνήθως διαγράμματα θερμοκρασίας και ροής αέρα. Στο περίβλημα, είναι επίσης σημαντικό να αποκτήσετε έναν χάρτη πίεσης.

Η διαμόρφωση ολοκληρώνεται εισάγοντας διάφορες αρχικές συνθήκες - θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος, τη φύση του ψυκτικού υγρού (αέρας στους 30 βαθμούς C σε αυτήν την περίπτωση), την κατεύθυνση της πλακέτας κυκλώματος στο πεδίο βαρύτητας της γης κ.λπ., και στη συνέχεια τρέχουμε την προσομοίωση. Για να πραγματοποιηθεί η προσομοίωση, το λογισμικό χωρίζει ολόκληρο το μοντέλο σε μεγάλο αριθμό μονάδων, καθεμία από τις οποίες έχει τα δικά της υλικά και θερμικά χαρακτηριστικά και το όριο με άλλες μονάδες. Στη συνέχεια προσομοιώνει τις συνθήκες μέσα σε κάθε στοιχείο και τις διαδίδει αργά σε άλλα στοιχεία σύμφωνα με τις προδιαγραφές του υλικού. Η θερμική προσομοίωση και ανάλυση θα συμβάλει στον καλύτερο σχεδιασμό PCB.