Perché dovresti usare la prototipazione termica invece delle simulazioni

Tra tutti i potenziali problemi di un progetto, le sfide termiche sono spesso le più difficili da prevedere. È anche vero che non ci si accorge di un problema di gestione termica fino a quando non si sono già creati prototipi e iniziato i test. A quel punto, il team meccanico deve modificare un involucro, includere eventuali meccanismi di raffreddamento e potrebbe essere necessario cambiare molte specifiche in un prodotto. È troppo tardi nel processo per iniziare a cambiare specifiche dopo che è stato creato un problema termico.

Qual è la soluzione a tutto ciò? La maggior parte dei fornitori di EDA consiglierà un'applicazione di simulazione termica, e poi cercheranno di vendervi una licenza aggiuntiva. Non siamo qui per dirvi che le applicazioni di simulazione termica sono cattive, ma c'è una piccola quantità di lavoro a basso rischio che può essere fatto prima di creare il vostro design PCB. È qui che dovreste costruire un prototipo termico, e dovreste farlo prima di eseguire qualsiasi simulazione termica sul vostro prodotto idealizzato.

Che cos'è un Prototipo Termico PCB?

I prototipi termici sono semplici PCB di test che consentono di identificare i problemi di gestione termica nel vostro PCB prima di completare un design elettrico e meccanico completo. Alcuni componenti e circuiti vengono esaminati costruendo un semplice prototipo di scheda che funzionerà ai livelli di potenza previsti per il circuito, e quindi le sue esigenze termiche possono essere determinate dalle misurazioni. Sarai in grado di ottenere una vera comprensione con dati reali dal tuo PCB, piuttosto che fare affidamento sui dati di simulazione.

L'altro approccio alla prototipazione termica è nella simulazione, ma questo non è sempre il miglior percorso da seguire. Ma qual è esattamente il problema con le simulazioni termiche?

Realmente, non c'è nulla di sbagliato nell'usare le simulazioni, il problema è che queste applicazioni sono complesse e costose. Alcune applicazioni di simulazione termica richiedono conoscenze e competenze a livello di dottorato per configurare e garantire risultati ragionevolmente accurati. Richiedono anche molti input nel modello di simulazione, che spesso sono determinati basandosi su stime approssimative. Poi c'è il costo del software di simulazione: i software facili da usare tendono ad avere il prezzo più alto.

Ovviamente, tutto ciò può rendere le applicazioni di simulazione termica inaccessibili alla maggior parte dei progettisti. Invece, considera la costruzione di piccole schede di test, che puoi spingere al limite in termini di richieste di potenza e gestione termica. Ad esempio, puoi utilizzare prototipi termici per:Ottieni misurazioni dirette della temperatura nei circuiti di elettronica di potenza

• Sperimenta con vari componenti nei circuiti di prova
• Prova un'opzione di stackup con il tuo circuito di prova
• Integra il prototipo termico con una scheda di sviluppo o un kit di valutazione

Quali tipi di circuiti dovrebbero essere utilizzati in un prototipo termico? Penso ci siano alcuni buoni esempi di circuiti che meritano un prototipazione termica:

• Circuiti di commutazione di potenza, specialmente circuiti che includono azionamenti di gate
• discreti
• Circuiti con MOSFET di potenza, in particolare array di MOSFET
• Certi processori e ASICComponenti sensibili alla temperatura, come interfacce analogiche di alta precisione, riferimenti, ecc.

Alcuni componenti RF, in particolare amplificatori di potenza ad alta frequenza Tutti questi componenti possono generare un calore significativo, che può richiedere una strategia di raffreddamento attivo. Se l'intento progettuale è di gestire il calore tramite l'involucro o con un'altra strategia passiva, allora questi dispositivi devono essere testati insieme all'involucro per ottenere una piena comprensione dell'approccio di raffreddamento. I prototipi termici offrono l'opportunità di fare entrambi e portano diversi vantaggi.

Vantaggi dei Prototipi Termici

I prototipi termici sono molto utili da molteplici prospettive, in particolare quando si guarda al costo, allo sforzo progettuale e alla valutazione pre-progettuale dei componenti.

Costo inferiore rispetto alle applicazioni di simulazione: Il costo di una licenza per un'applicazione di simulazione può essere molto elevato. Se stai lavorando con un appaltatore esterno, il tempo e la fornitura della licenza di quest'ultimo non sono gratuiti. Costruire una scheda di test con il circuito e i componenti previsti ti permette di testare e ispezionare rapidamente il comportamento termico senza il costo e lo sforzo coinvolti nella creazione di simulazioni.

Fornire un punto di riferimento per la simulazione: I dati provenienti dai prototipi termici possono essere utilizzati come benchmark contro le simulazioni a livello di sistema e come verifica dell'accuratezza delle simulazioni. Queste misurazioni possono anche essere utilizzate per ottenere stime dei parametri molto più accurate per l'uso nei modelli di simulazione termica. Poi, una volta che sei pronto per sperimentare con strategie di raffreddamento attivo (come il flusso d'aria forzato), le simulazioni avranno una corrispondenza molto migliore con la realtà perché si baseranno su dati reali di test termici.

Rischio di IP basso: Alla fine della giornata, i prototipi termici saranno schede da scartare e probabilmente non verranno costruiti una seconda volta dopo i test termici. Questo significa che il tuo incentivo è costruirli nel modo più economico possibile, il che potrebbe portarti alla prototipazione all'estero. Queste schede sono generalmente a basso rischio perché raramente riflettono il design a livello di sistema che desideri implementare.

Approcci a basso rischio di progettazione: Spesso si costruiscono prototipi termici perché si sta cercando di qualificare la funzione e le esigenze termiche di un circuito personalizzato. Ma se vuoi qualificare generalmente un componente sotto test, puoi sempre costruire la scheda prototipo termica basandoti sul circuito di applicazione del componente. Dai un'occhiata al datasheet del componente e replica il circuito di applicazione per un percorso a basso rischio.

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