Wie funktioniert die thermische Simulation beim Kühlkörperdesign?
Die meisten elektronischen Bauteile erwärmen sich, wenn Strom durch sie fließt. Die Wärme hängt von der Leistung, den Geräteeigenschaften und dem Schaltungsdesign ab. Neben Bauteilen kann auch der Widerstand elektrischer Verbindungen, Kupferleitungen und Durchgangslöcher zu Wärme- und Leistungsverlusten führen. Um Ausfälle oder Schaltkreisausfälle zu vermeiden, sollten PCB-Designer darauf achten, PCBs herzustellen, die normal funktionieren und innerhalb des sicheren Temperaturbereichs bleiben. Obwohl einige Kreisläufe ohne zusätzliche Kühlung funktionieren können, ist in einigen Fällen die Hinzufügung von Kühlern, Kühlventilatoren oder einer Kombination von Mechanismen unvermeidlich.
Warum brauchen wir thermische Simulation?
Die thermische Simulation ist ein wichtiger Bestandteil des elektronischen Produktdesignprozesses, insbesondere wenn moderne ultraschnelle Komponenten verwendet werden. Beispielsweise können FPGAs oder schnelle AC/DC-Wandler leicht mehrere Watt Leistung verbrauchen. Daher müssen PC-Platinen, Gehäuse und Systeme so konzipiert sein, dass die Auswirkungen von Hitze auf ihren normalen Betrieb minimiert werden.
Wir können spezielle Software verwenden, die es Designern ermöglicht, 3D-Modelle des gesamten Geräts einzugeben – einschließlich Leiterplatten mit Komponenten, Lüftern (falls vorhanden) und Gehäusen mit Lüftungsschlitzen. Den Simulationskomponenten werden dann Wärmequellen hinzugefügt – in der Regel IC-Modellen, die genug Wärme erzeugen, um Aufmerksamkeit zu erregen. Es werden Umgebungsbedingungen angegeben, wie z. B. Lufttemperatur, Schwerkraftvektor (zur Konvektionsberechnung) und manchmal auch externe Strahlungsbelastung. Simulieren Sie dann das Modell. Die Ergebnisse umfassen in der Regel Temperatur- und Luftstromdiagramme. Auch im Gehäuse ist es wichtig, eine Druckkarte zu erhalten.
Die Konfiguration wird durch die Eingabe verschiedener Anfangsbedingungen vervollständigt – Umgebungstemperatur und -druck, die Art des Kühlmittels (in diesem Fall Luft mit 30 Grad C), die Ausrichtung der Leiterplatte im Schwerefeld der Erde usw. – und dann geht es los die Simulation. Um die Simulation durchzuführen, zerlegt die Software das gesamte Modell in eine große Anzahl von Einheiten, von denen jede ihre eigenen Material- und Wärmeeigenschaften sowie die Grenze zu anderen Einheiten aufweist. Anschließend simuliert es die Bedingungen innerhalb jedes Elements und überträgt sie entsprechend der Spezifikation des Materials langsam auf andere Elemente. Thermische Simulation und Analyse werden zu einem besseren PCB-Design beitragen.
