Dlaczego warto używać prototypowania termicznego zamiast symulacji

Wśród wszystkich potencjalnych problemów z projektem, wyzwania termiczne są często najtrudniejsze do przewidzenia. Również zdarza się, że problem z zarządzaniem temperaturą zauważamy dopiero po stworzeniu prototypów i rozpoczęciu testów. W tym momencie zespół mechaników musi zmodyfikować obudowę, włączyć mechanizmy chłodzenia, a może nawet zmienić wiele specyfikacji produktu. Zmiana specyfikacji po wystąpieniu problemu termicznego jest zbyt późna.

Jakie jest rozwiązanie wszystkich tych problemów? Większość dostawców EDA poleci aplikację do symulacji termicznej, a następnie spróbują sprzedać dodatkową licencję. Nie jesteśmy tutaj, aby mówić, że aplikacje do symulacji termicznej są złe, ale istnieje mała ilość pracy o niskim ryzyku, którą można wykonać przed stworzeniem projektu PCB. To w tym momencie powinieneś zbudować prototyp termiczny, i powinieneś to zrobić przed przeprowadzeniem jakichkolwiek symulacji termicznych na twoim idealnym produkcie.

Co to jest Prototyp Termiczny PCB?

Prototypy termiczne to proste testowe PCB, które pozwalają zidentyfikować problemy z zarządzaniem temperaturą na płytce PCB przed zakończeniem kompletnego projektu elektrycznego i mechanicznego. Niektóre komponenty i obwody są badane poprzez budowę prostego prototypu płytki, który będzie pracował na zamierzonych poziomach mocy obwodu, a zatem jego wymagania termiczne mogą być określone na podstawie pomiarów. Będziesz w stanie uzyskać rzeczywisty wgląd z rzeczywistych danych z Twojej PCB, zamiast polegać na danych z symulacji.

Inne podejście do prototypowania termicznego znajduje się w symulacji, ale nie zawsze jest to najlepsza droga do przodu. Ale co dokładnie jest problemem z symulacjami termicznymi?

Naprawdę, nie ma nic złego w używaniu symulacji, problem polega na tym, że te aplikacje są skomplikowane i drogie. Niektóre aplikacje do symulacji termicznej wymagają wiedzy i umiejętności na poziomie doktoratu, aby skonfigurować i zapewnić w miarę dokładne wyniki. Wymagają również wielu danych wejściowych do modelu symulacji, które często są określane na podstawie przybliżonych szacunków. Następnie jest koszt oprogramowania do symulacji: łatwe w użyciu oprogramowanie zwykle wiąże się z największą ceną.

Oczywiście, wszystko to może sprawić, że aplikacje do symulacji termicznej będą niedostępne dla większości projektantów. Zamiast tego, rozważ budowę małych płyt testowych, które możesz doprowadzić do granic możliwości pod względem wymagań mocy i obsługi termicznej. Na przykład, możesz użyć prototypów termicznych do:

• Uzyskaj bezpośrednie pomiary temperatury w obwodach elektroniki mocy
• Eksperymentuj z różnymi komponentami w obwodach testowych
• Wypróbuj opcję stosu z twoim obwodem testowym
• Zintegruj prototyp termiczny z płytą rozwojową lub zestawem ewaluacyjnym

Jakie typy obwodów powinny być użyte w prototypie termicznym? Myślę, że istnieje kilka dobrych przykładów obwodów, które zasługują na prototypowanie termiczne:

• Obwody zasilania impulsowego, szczególnie obwody zawierające dyskretne sterowniki bramek
• Obwody z tranzystorami MOSFET, szczególnie tablice MOSFET
• Niektóre procesory i ASIC
• Elementy wrażliwe na temperaturę, takie jak wysokoprecyzyjne interfejsy analogowe, referencje itp.
• Niektóre komponenty RF, a mianowicie wysokoczęstotliwościowe wzmacniacze mocy

Wszystkie te komponenty mogą generować znaczące ilości ciepła, co może wymagać aktywnej strategii chłodzenia. Jeśli intencją projektową jest zarządzanie ciepłem za pomocą obudowy lub inną pasywną strategią, wówczas te urządzenia muszą być testowane razem z obudową, aby uzyskać pełne zrozumienie podejścia do chłodzenia. Prototypy termiczne oferują możliwość wykonania obu tych zadań i przynoszą kilka korzyści.

Korzyści z prototypów termicznych

Prototypy termiczne są bardzo użyteczne z wielu perspektyw, szczególnie patrząc na koszty, wysiłek projektowy i przedprojektową ocenę komponentów.

Niższe koszty niż aplikacje do symulacji: Koszt licencji na aplikację do symulacji może być bardzo wysoki. Jeśli współpracujesz z zewnętrznym wykonawcą, czas tego wykonawcy oraz dostarczenie licencji nie są darmowe. Budowanie płytki testowej z zamierzonymi obwodami i komponentami pozwala szybko testować i sprawdzać zachowanie termiczne bez kosztów i wysiłku związanego z budowaniem symulacji.

Dostarczanie punktu odniesienia dla symulacji: Dane z prototypów termicznych mogą być używane jako punkt odniesienia wobec symulacji na poziomie systemowym oraz jako sprawdzenie dokładności symulacji. Te pomiary mogą być również użyte do uzyskania znacznie dokładniejszych szacunków parametrów do użycia w modelach symulacji termicznej. Następnie, gdy będziesz gotowy do eksperymentowania ze strategiami aktywnego chłodzenia (takimi jak wymuszony przepływ powietrza), symulacje będą miały znacznie lepsze dopasowanie do rzeczywistości, ponieważ będą oparte na rzeczywistych danych z testów termicznych.

Niskie ryzyko naruszenia własności intelektualnej: Ostatecznie, prototypy termiczne będą płytami jednorazowymi i prawdopodobnie nie będą budowane po raz drugi po testach termicznych. Oznacza to, że Twoim celem jest zbudowanie ich jak najtaniej, co może skłonić Cię do prototypowania za granicą. Te płytki są generalnie bardzo niskim ryzykiem, ponieważ rzadko odzwierciedlają projekt systemowy, który chcesz zaimplementować.

Podejścia o niskim ryzyku projektowym: Prototypy termiczne często są budowane, ponieważ próbuje się zakwalifikować funkcję i wymagania termiczne niestandardowego obwodu. Ale jeśli chcesz zakwalifikować komponent do testów ogólnych, zawsze możesz zbudować płytę prototypową termiczną opartą na obwodzie aplikacyjnym komponentu. Spójrz do karty katalogowej komponentu i odtwórz obwód aplikacyjny dla ścieżki o niskim ryzyku.

Bez względu na to, czy potrzebujesz zbudować niezawodną elektronikę mocy czy zaawansowane systemy cyfrowe, użyj kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD w Altium Designer®. Aby w dzisiejszym środowisku interdyscyplinarnym wprowadzić współpracę, innowacyjne firmy korzystają z platformy Altium 365™, aby łatwo udostępniać dane projektowe i wprowadzać projekty do produkcji.

Przedstawiliśmy tylko niewielką część możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.