왜 시뮬레이션 대신 열 프로토타이핑을 사용해야 하는가

디자인에서 발생할 수 있는 여러 문제 중에서 열 문제는 예측하기 가장 어려운 문제 중 하나입니다. 또한 열 관리 문제는 프로토타입을 제작하고 테스트를 시작한 후에야 비로소 문제를 인지하게 되는 경우가 많습니다. 이 시점에서 기계 팀은 케이스를 수정하고, 냉각 메커니즘을 포함시키며, 제품의 많은 사양을 변경해야 할 수도 있습니다. 열 문제가 발생한 후에 사양을 변경하기 시작하는 것은 너무 늦은 일입니다.

이 모든 문제의 해결책은 무엇일까요? 대부분의 EDA 벤더들은 열 시뮬레이션 애플리케이션을 추천한 다음 추가 라이선스 판매를 시도할 것입니다. 우리는 열 시뮬레이션 애플리케이션이 나쁘다고 말하려는 것이 아니지만, PCB 디자인을 생성하기 전에 수행할 수 있는 소량의 저위험 작업이 있습니다. 바로 이 시점에서 열 프로토타입을 구축해야 하며, 이는 이상적인 제품에 대한 열 시뮬레이션을 실행하기 전에 수행해야 합니다.

열 프로토타입 PCB란 무엇인가요?

열 프로토타입은 PCB의 열 관리 문제를 전체 전기 및 기계 설계를 완성하기 전에 식별할 수 있는 간단한 테스트 PCB입니다. 일부 구성 요소와 회로는 회로의 의도된 전력 수준에서 작동하도록 간단한 프로토타입 보드를 구축하여 검사되므로, 그 열 요구 사항을 측정값에서 결정할 수 있습니다. 시뮬레이션 데이터에 의존하는 대신 실제 PCB에서 실제 데이터를 통해 실질적인 통찰력을 얻을 수 있습니다.

열 프로토타이핑에 대한 다른 접근 방식은 시뮬레이션에 있지만, 이것이 항상 최선의 방법은 아닙니다. 그러나 열 시뮬레이션에 정확히 어떤 문제가 있을까요?

실제로 시뮬레이션을 사용하는 데 문제가 있는 것은 아니지만, 이러한 응용 프로그램은 복잡하고 비쌉니다. 일부 열 시뮬레이션 응용 프로그램은 박사급 지식과 기술을 필요로 하며, 합리적으로 정확한 결과를 보장하기 위해 구성해야 합니다. 또한 시뮬레이션 모델에 많은 입력이 필요한데, 이는 종종 대략적인 추정에 기반을 둡니다. 그리고 시뮬레이션 소프트웨어의 비용이 있습니다: 사용하기 쉬운 소프트웨어는 대개 가장 높은 가격표를 가지고 있습니다.

분명히, 이 모든 것이 대부분의 설계자에게 열 시뮬레이션 응용 프로그램을 접근하기 어렵게 만듭니다. 대신, 전력 요구 사항과 열 처리 측면에서 한계까지 밀어붙일 수 있는 작은 테스트 보드를 구축하는 것을 고려해 보세요. 예를 들어, 열 프로토타입을 사용하여:전력 전자 회로에서 직접 온도 측정하기

• 테스트 회로에서 다양한 구성 요소 실험하기
• 테스트 회로에 스택업 옵션 시도하기
• 개발 보드나 평가 키트와 열 프로토타입 통합하기

열 프로토타입에 사용해야 할 회로 유형은 무엇일까요? 열 프로토타이핑에 적합한 몇 가지 좋은 예시가 있다고 생각합니다:

• 특히 이산 게이트 드라이브
• 를 포함하는 스위칭 전력 회로
• 파워 MOSFET이 있는 회로, 특히 MOSFET 배열
• 특정 프로세서 및 ASIC
• 온도에 민감한 구성 요소, 예를 들어 고정밀 아날로그 인터페이스, 레퍼런스 등
• 일부 RF 구성 요소, 특히 고주파 전력 증폭기

이러한 구성 요소는 상당한 열을 발생시킬 수 있으며, 이는 활성 냉각 전략이 필요할 수 있습니다. 설계 의도가 케이스를 통한 열 관리 또는 다른 수동 전략을 통한 것이라면, 이러한 장치는 냉각 접근 방식을 완전히 이해하기 위해 케이스와 함께 테스트되어야 합니다. 열 프로토타입은 둘 다를 수행할 기회를 제공하며 여러 가지 이점을 가져옵니다.

열 프로토타입의 이점

열 프로토타입은 비용, 설계 노력, 구성 요소의 사전 설계 평가 측면에서 여러 관점에서 매우 유용합니다.

시뮬레이션 애플리케이션보다 낮은 비용: 시뮬레이션 애플리케이션의 라이선스 비용은 매우 높을 수 있습니다. 외부 계약자와 작업하는 경우, 그 계약자의 시간과 라이선스 제공은 무료가 아닙니다. 의도한 회로 및 구성 요소를 사용하여 테스트 보드를 구축하면 시뮬레이션을 구축하는 비용과 노력 없이 빠르게 열적 행동을 테스트하고 검사할 수 있습니다.

시뮬레이션 벤치마크 제공: 열 프로토타입에서 얻은 데이터는 시스템 수준 시뮬레이션에 대한 벤치마크로 사용될 수 있으며 시뮬레이션 정확도를 확인하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 측정값은 열 시뮬레이션 모델에서 사용할 훨씬 더 정확한 파라미터 추정치를 얻는 데도 사용될 수 있습니다. 그런 다음 능동 냉각 전략(예: 강제 공기 흐름)을 실험할 준비가 되면, 실제 열 테스트 데이터를 기반으로 하기 때문에 시뮬레이션은 현실과 훨씬 더 잘 일치하게 됩니다.

낮은 IP 위험: 결국, 열 프로토타입은 버려질 보드가 될 것이며 열 테스트 후 두 번째로 제작될 가능성은 거의 없습니다. 이는 가능한 한 저렴하게 이러한 것들을 구축하려는 유인이 있음을 의미하며, 이는 여러분을 해외 프로토타이핑으로 이끌 수 있습니다. 이러한 보드는 일반적으로 매우 낮은 위험을 가지고 있으며, 이는 그들이 구현하고자 하는 시스템 수준의 설계를 거의 반영하지 않기 때문입니다.

낮은 설계 위험 접근 방법: 열 프로토타입은 종종 사용자 정의 회로의 기능과 열 요구 사항을 확인하기 위해 제작됩니다. 하지만 일반적으로 테스트하려는 구성 요소를 자격 부여하고 싶다면, 구성 요소의 응용 회로를 기반으로 열 프로토타입 보드를 언제든지 제작할 수 있습니다. 구성 요소 데이터시트를 살펴보고 낮은 위험 경로를 위해 응용 회로를 복제하세요.

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