Почему вам следует использовать термические прототипы вместо симуляций

Из всех потенциальных проблем с дизайном, тепловые вызовы часто бывают самыми труднопредсказуемыми. Также случается, что проблема теплового управления обнаруживается только после того, как уже созданы прототипы и начаты испытания. В этот момент механической команде приходится изменять корпус, включать любые механизмы охлаждения, и им может потребоваться изменить множество характеристик продукта. Слишком поздно начинать изменять спецификации после возникновения тепловой проблемы.

Каково же решение всех этих проблем? Большинство поставщиков EDA рекомендуют приложение для теплового моделирования, а затем попытаются продать вам дополнительную лицензию. Мы не собираемся говорить, что приложения для теплового моделирования плохи, но есть небольшой объем работы с низким риском, который можно выполнить до создания вашего дизайна печатной платы. Вот где вы должны построить тепловой прототип, и вы должны сделать это до запуска любых тепловых симуляций на вашем идеализированном продукте.

Что такое тепловой прототип печатной платы?

Тепловые прототипы — это простые тестовые печатные платы, которые позволяют вам выявить проблемы теплового управления на вашей печатной плате до завершения полного электрического и механического проектирования. Некоторые компоненты и схемы исследуются путем создания простой прототипной платы, которая будет работать на предполагаемых уровнях мощности схемы, и таким образом ее тепловые требования могут быть определены из измерений. Вы сможете получить реальное представление с актуальными данными с вашей печатной платы, а не полагаться на данные симуляции.

Другой подход к тепловому прототипированию заключается в симуляции, но это не всегда лучший путь вперед. Но в чем же именно проблема тепловых симуляций?

На самом деле, нет ничего плохого в использовании симуляций, проблема в том, что эти приложения сложны и дороги. Некоторые приложения для тепловой симуляции требуют знаний и навыков уровня кандидата наук для настройки и обеспечения достаточно точных результатов. Также они требуют множество вводных данных в модель симуляции, которые часто определяются на основе грубых оценок. А еще есть стоимость программного обеспечения для симуляции: программное обеспечение, легкое в использовании, обычно стоит дороже всего.

Очевидно, все это может сделать приложения для тепловой симуляции недоступными для большинства дизайнеров. Вместо этого рассмотрите возможность создания небольших тестовых плат, которые вы можете довести до предела с точки зрения требований к мощности и тепловому управлению. Например, вы можете использовать тепловые прототипы для:

• Получите прямые измерения температуры в схемах силовой электроники
• Экспериментируйте с различными компонентами в тестовых схемах
• Попробуйте вариант стека с вашей тестовой схемой
• Интегрируйте тепловой прототип с разработочной платой или набором для оценки

Какие типы схем следует использовать в тепловом прототипе? Я думаю, есть несколько хороших примеров схем, которые заслуживают теплового прототипирования:

• Коммутируемые силовые схемы, особенно схемы, включающие дискретные драйверы затворов
• Схемы с силовыми MOSFET, особенно массивы MOSFET
• Некоторые процессоры и ASIC
• Компоненты, чувствительные к температуре, такие как высокоточные аналоговые интерфейсы, эталоны и т.д.
• Некоторые РЧ компоненты, а именно высокочастотные усилители мощности

Все эти компоненты могут генерировать значительное тепло, которое может потребовать активной стратегии охлаждения. Если цель дизайна - управление теплом через корпус или с помощью другой пассивной стратегии, то эти устройства необходимо тестировать вместе с корпусом, чтобы полностью понять подход к охлаждению. Тепловые прототипы предлагают возможность сделать и то, и другое, и приносят несколько преимуществ.

Преимущества тепловых прототипов

Тепловые прототипы очень полезны с нескольких точек зрения, особенно с точки зрения стоимости, усилий по дизайну и предварительной оценки компонентов перед дизайном.

Ниже стоимость, чем у приложений для моделирования: Стоимость лицензии на приложение для моделирования может быть очень высокой. Если вы работаете с внешним подрядчиком, время этого подрядчика и предоставление лицензии не бесплатны. Создание тестовой платы с предполагаемой схемотехникой и компонентами позволяет быстро тестировать и проверять тепловое поведение без затрат и усилий, связанных с созданием моделирований.

Предоставление эталона для моделирования: Данные с тепловых прототипов могут использоваться в качестве эталона по сравнению с системными моделированиями и как проверка точности моделирования. Эти измерения также могут использоваться для получения гораздо более точных оценок параметров для использования в моделях теплового моделирования. Затем, когда вы будете готовы экспериментировать со стратегиями активного охлаждения (например, с принудительной циркуляцией воздуха), моделирования будут гораздо лучше соответствовать реальности, поскольку они будут основаны на реальных данных тепловых испытаний.

Низкий риск утечки интеллектуальной собственности: В конце концов, тепловые прототипы будут одноразовыми платами и, вероятно, не будут собраны второй раз после тепловых испытаний. Это означает, что ваш стимул заключается в том, чтобы построить их как можно дешевле, что может привести вас к зарубежному прототипированию. Эти платы обычно представляют очень низкий риск, поскольку они редко отражают системный дизайн, который вы хотите реализовать.

Подходы с низким уровнем проектных рисков: Термические прототипы часто создаются, потому что вы пытаетесь проверить функциональность и термические требования к пользовательской схеме. Но если вы хотите общим образом проверить компонент на испытания, вы всегда можете построить термическую прототипную плату, основываясь на схеме применения компонента. Посмотрите в техническое описание компонента и воспроизведите схему применения для пути вперед с низким риском.

Независимо от того, нужно ли вам создавать надежную электронику мощности или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и мирового класса инструменты CAD в Altium Designer®. Для реализации сотрудничества в современной междисциплинарной среде инновационные компании используют платформу Altium 365™ для легкого обмена данными проектирования и запуска проектов в производство.

Мы только коснулись поверхности возможностей Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 сегодня.