Зачем нужно тепловое моделирование

Большинство электронных компонентов нагреваются, когда через них проходит ток. Нагрев зависит от мощности, характеристик устройства и схемотехники. Помимо компонентов, сопротивление электрических соединений, медных проводов и сквозных отверстий также может вызвать некоторые потери тепла и мощности. Во избежание отказа или выхода из строя схемы, разработчики печатных плат должны стремиться производить печатные платы, которые могут нормально работать и оставаться в безопасном диапазоне температур. Хотя некоторые схемы могут работать без дополнительного охлаждения, в некоторых случаях добавление радиаторов, вентиляторов охлаждения или комбинации механизмов неизбежно.

Зачем нужно тепловое моделирование?

Тепловое моделирование является важной частью процесса проектирования электронных изделий, особенно когда используются современные сверхбыстрые компоненты. Например, ПЛИС или быстрый преобразователь переменного/постоянного тока могут легко рассеивать мощность в несколько ватт. Поэтому печатные платы, корпуса и системы должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать воздействие тепла на их нормальную работу.

Мы можем использовать специализированное программное обеспечение, которое позволяет разработчикам вводить 3D-модели всего устройства, включая печатные платы с компонентами, вентиляторы (если они есть) и корпуса с вентиляционными отверстиями. Затем к компонентам моделирования добавляются источники тепла — обычно к моделям интегральных схем, которые выделяют достаточно тепла, чтобы привлечь внимание. Задаются условия окружающей среды, такие как температура воздуха, вектор силы тяжести (для расчета конвекции), а иногда и внешняя радиационная нагрузка. Затем смоделируйте модель; Результаты обычно включают диаграммы температуры и воздушного потока. В корпусе также важно получить карту давления.

Конфигурация завершается вводом различных начальных условий — температуры и давления окружающей среды, характера хладагента (в данном случае воздух при температуре 30 градусов C), направления платы в поле земного притяжения и т. д., после чего мы запускаем симуляция. Для выполнения моделирования программное обеспечение разбивает всю модель на большое количество блоков, каждый из которых имеет свои собственные материальные и тепловые характеристики и границу с другими блоками. Затем он моделирует условия внутри каждого элемента и медленно распространяет их на другие элементы в соответствии со спецификацией материала. Термическое моделирование и анализ помогут улучшить конструкцию печатной платы.