Pourquoi vous devriez utiliser le prototypage thermique au lieu des simulations

Parmi tous les problèmes potentiels liés à un design, les défis thermiques sont souvent les plus difficiles à prévoir. C'est également vrai que vous ne remarquez un problème de gestion thermique que lorsque vous avez déjà créé des prototypes et commencé les tests. À ce stade, l'équipe mécanique doit modifier un boîtier, inclure des mécanismes de refroidissement, et elle peut avoir besoin de changer de nombreuses spécifications dans un produit. Il est trop tard pour commencer à changer les spécifications après qu'un problème thermique a été créé.

Quelle est la solution à tout cela ? La plupart des fournisseurs d'EDA recommanderont une application de simulation thermique, puis ils essaieront de vous vendre une licence supplémentaire. Nous ne sommes pas là pour vous dire que les applications de simulation thermique sont mauvaises, mais il existe une petite quantité de travail à faible risque qui peut être effectuée avant de créer votre conception de PCB. C'est là que vous devriez construire un prototype thermique, et vous devriez faire cela avant d'exécuter toute simulation thermique sur votre produit idéalisé.

Qu'est-ce qu'un Prototype Thermique de PCB ?

Les prototypes thermiques sont des PCB de test simples qui vous permettent d'identifier les problèmes de gestion thermique dans votre PCB avant de terminer une conception électrique et mécanique complète. Certains composants et circuits sont examinés en construisant un prototype de carte simple qui fonctionnera aux niveaux de puissance prévus du circuit, et ainsi ses demandes thermiques peuvent être déterminées à partir de mesures. Vous pourrez obtenir une véritable compréhension avec des données réelles de votre PCB, plutôt que de vous fier aux données de simulation.

L'autre approche de la prototypage thermique est la simulation, mais ce n'est pas toujours la meilleure voie à suivre. Mais quel est exactement le problème avec les simulations thermiques ?

En réalité, il n'y a rien de mal à utiliser des simulations, le problème est que ces applications sont complexes et coûteuses. Certaines applications de simulation thermique nécessitent un niveau de connaissance et de compétences de niveau doctorat pour configurer et assurer des résultats raisonnablement précis. Elles nécessitent également de nombreuses entrées dans le modèle de simulation, qui sont souvent déterminées sur la base d'estimations approximatives. Puis il y a le coût du logiciel de simulation : les logiciels faciles à utiliser ont tendance à être les plus chers.

Évidemment, tout cela peut rendre les applications de simulation thermique inaccessibles à la plupart des concepteurs. Au lieu de cela, envisagez de construire de petites cartes de test, que vous pouvez pousser à la limite en termes de demandes de puissance et de gestion thermique. Par exemple, vous pouvez utiliser des prototypes thermiques pour :

• Obtenez des mesures de température directes dans les circuits d'électronique de puissance
• Expérimentez avec divers composants dans des circuits de test
• Essayez une option de stackup avec votre circuit de test
• Intégrez le prototype thermique avec une carte de développement ou un kit d'évaluation

Quels types de circuits devraient être utilisés dans un prototype thermique ? Je pense qu'il y a quelques bons exemples de circuits qui méritent un prototypage thermique :

• Les circuits de commutation de puissance, en particulier les circuits qui incluent des commandes de grille
• discrets
• Les circuits avec des MOSFETs de puissance, particulièrement les réseaux de MOSFET
• Certains processeurs et ASICsLes composants sensibles à la température, tels que les interfaces analogiques de haute précision, les références, etc.
• Quelques composants RF, à savoir les amplificateurs de puissance à haute fréquence.

Tous ces composants peuvent générer une chaleur significative, ce qui peut nécessiter une stratégie de refroidissement active. Si l'intention de conception est de gérer la chaleur via le boîtier ou avec une autre stratégie passive, alors ces dispositifs doivent être testés aux côtés du boîtier pour obtenir une compréhension complète de l'approche de refroidissement. Les prototypes thermiques offrent une opportunité de faire les deux et ils apportent plusieurs avantages.

Avantages des Prototypes Thermiques

Les prototypes thermiques sont très utiles sous plusieurs perspectives, en particulier lorsqu'on regarde le coût, l'effort de conception et l'évaluation préalable des composants.

Coût inférieur à celui des applications de simulation : Le coût d'une licence pour une application de simulation peut être très élevé. Si vous travaillez avec un sous-traitant externe, le temps de ce sous-traitant et la fourniture de licence ne sont pas gratuits. Construire une carte de test avec les circuits et composants prévus vous permet de tester et d'inspecter rapidement le comportement thermique sans les coûts et les efforts impliqués dans la création de simulations.

Fournir un point de référence pour la simulation : Les données issues des prototypes thermiques peuvent être utilisées comme référence par rapport aux simulations au niveau système et comme vérification de l'exactitude des simulations. Ces mesures peuvent également être utilisées pour obtenir des estimations de paramètres beaucoup plus précises pour une utilisation dans les modèles de simulation thermique. Ensuite, une fois que vous êtes prêt à expérimenter avec des stratégies de refroidissement actif (telles que le flux d'air forcé), les simulations correspondront beaucoup mieux à la réalité car elles seront basées sur de véritables données de tests thermiques.

Risque de PI faible : En fin de compte, les prototypes thermiques seront des cartes jetables et ne seront probablement pas construites une seconde fois après les tests thermiques. Cela signifie que votre objectif est de les construire le moins cher possible, ce qui pourrait vous amener à opter pour un prototypage à l'étranger. Ces cartes présentent généralement un très faible risque car elles reflètent rarement la conception au niveau système que vous souhaitez mettre en œuvre.

Approches à faible risque de conception : Les prototypes thermiques sont souvent construits parce que vous essayez de qualifier la fonction et les exigences thermiques d'un circuit personnalisé. Mais si vous souhaitez qualifier un composant en test de manière générale, vous pouvez toujours construire la carte prototype thermique basée sur le circuit d'application du composant. Jetez un œil à la fiche technique du composant et répliquez le circuit d'application pour une voie à faible risque.

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