Por Que Você Deve Usar Prototipagem Térmica em Vez de Simulações

De todos os problemas potenciais com um design, os desafios térmicos são frequentemente os mais difíceis de prever. Também acontece de você não notar um problema de gerenciamento térmico até já ter criado protótipos e iniciado os testes. Nesse ponto, a equipe mecânica tem que modificar um invólucro, incluir quaisquer mecanismos de resfriamento, e eles podem precisar mudar muitas especificações em um produto. É tarde demais no processo para começar a mudar especificações depois que um problema térmico foi criado.

Qual é a solução para tudo isso? A maioria dos fornecedores de EDA recomendará uma aplicação de simulação térmica, e então tentarão vender-lhe uma licença adicional. Não estamos aqui para dizer que as aplicações de simulação térmica são ruins, mas existe uma pequena quantidade de trabalho de baixo risco que pode ser feito antes de criar o seu design de PCB. É aqui que você deve construir um protótipo térmico, e você deve fazer isso antes de executar quaisquer simulações térmicas no seu produto idealizado.

O que é um Protótipo Térmico de PCB?

Protótipos térmicos são PCBs de teste simples que permitem identificar problemas de gestão térmica em seu PCB antes de concluir um projeto elétrico e mecânico completo. Alguns componentes e circuitos são examinados construindo uma placa de protótipo simples que funcionará nos níveis de potência pretendidos do circuito, e assim suas demandas térmicas podem ser determinadas a partir de medições. Você será capaz de obter uma visão real com dados reais do seu PCB, em vez de depender de dados de simulação.

A outra abordagem para prototipagem térmica está na simulação, mas isso nem sempre é o melhor caminho a seguir. Mas qual exatamente é o problema com as simulações térmicas?

Realmente, não há nada de errado em usar simulações, o problema é que essas aplicações são complexas e caras. Algumas aplicações de simulação térmica requerem conhecimento e habilidades de nível de doutorado para configurar e garantir resultados razoavelmente precisos. Elas também exigem muitas entradas no modelo de simulação, que muitas vezes são determinadas com base em estimativas aproximadas. Então há o custo do software de simulação: softwares fáceis de usar tendem a vir com os preços mais altos.

Obviamente, tudo isso pode tornar as aplicações de simulação térmica inacessíveis para a maioria dos designers. Em vez disso, considere construir pequenas placas de teste, que você pode levar ao limite em termos de demandas de potência e manuseio térmico. Por exemplo, você pode usar protótipos térmicos para:

• Obtenha medições diretas de temperatura em circuitos de eletrônica de potência
• Experimente com vários componentes em circuitos de teste
• Tente uma opção de empilhamento com seu circuito de teste
• Integre o protótipo térmico com uma placa de desenvolvimento ou kit de avaliação

Quais tipos de circuitos devem ser usados em um protótipo térmico? Acho que há alguns bons exemplos de circuitos que merecem prototipagem térmica:

• Circuitos de potência de comutação, especialmente circuitos que incluem acionamentos de porta
• discretosCircuitos com MOSFETs de potência, particularmente arranjos de MOSFET
• Alguns processadores e ASICs
• Componentes sensíveis à temperatura, como interfaces analógicas de alta precisão, referências, etc.
• Alguns componentes de RF, nomeadamente amplificadores de potência de alta frequência

Todos esses componentes podem gerar calor significativo, o que pode exigir uma estratégia de resfriamento ativo. Se a intenção do projeto é gerenciar o calor através da caixa ou com outra estratégia passiva, então esses dispositivos precisam ser testados junto com a caixa para obter uma compreensão completa da abordagem de resfriamento. Protótipos térmicos oferecem uma oportunidade para fazer ambos e trazem vários benefícios.

Benefícios dos Protótipos Térmicos

Os protótipos térmicos são muito úteis sob múltiplas perspectivas, particularmente quando se olha para custo, esforço de design e avaliação pré-design de componentes.

Custo menor que aplicações de simulação: O custo de uma licença para uma aplicação de simulação pode ser muito alto. Se você está trabalhando com um contratado externo, o tempo desse contratado e a provisão da licença não são gratuitos. Construir uma placa de teste com a circuitaria e componentes pretendidos permite testar e inspecionar rapidamente o comportamento térmico sem o custo e esforço envolvidos na construção de simulações.

Prover um benchmark de simulação: Dados de protótipos térmicos podem ser usados como um benchmark contra simulações no nível do sistema e como uma verificação da precisão da simulação. Essas medições também podem ser usadas para obter estimativas de parâmetros muito mais precisas para uso em modelos de simulação térmica. Então, uma vez que você esteja pronto para experimentar com estratégias de resfriamento ativo (como fluxo de ar forçado), as simulações terão uma correspondência muito melhor com a realidade porque serão baseadas em dados reais de testes térmicos.

Risco de PI baixo: Ao final do dia, protótipos térmicos serão placas descartáveis e provavelmente não serão construídas uma segunda vez após os testes térmicos. Isso significa que seu incentivo é construir estas da forma mais barata possível, o que pode levá-lo a prototipagem no exterior. Essas placas geralmente têm um risco muito baixo porque raramente refletem o design de sistema que você deseja implementar.

Abordagens de baixo risco de design: Protótipos térmicos são frequentemente construídos porque você está tentando qualificar a função e as demandas térmicas de um circuito personalizado. Mas, se você deseja qualificar um componente sob teste de forma geral, você sempre pode construir a placa do protótipo térmico baseada no circuito de aplicação do componente. Dê uma olhada na folha de dados do componente e replique o circuito de aplicação para um caminho de baixo risco.

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