Hoe helpt thermische simulatie bij het ontwerpen van koellichamen?
De meeste elektronische componenten worden warm als er stroom doorheen vloeit. Warmte is afhankelijk van het vermogen, de kenmerken van het apparaat en het circuitontwerp. Naast componenten kan ook de weerstand van elektrische verbindingen, koperen bedrading en doorgaande gaten enige warmte- en stroomverliezen veroorzaken. Om storingen of circuitstoringen te voorkomen, moeten PCB-ontwerpers zich inzetten voor het produceren van PCB's die normaal kunnen werken en binnen het veilige temperatuurbereik blijven. Hoewel sommige circuits zonder extra koeling kunnen werken, is in sommige gevallen de toevoeging van radiatoren, koelventilatoren of een combinatie van mechanismen onvermijdelijk.
Waarom hebben we thermische simulatie nodig?
Thermische simulatie is een belangrijk onderdeel van het elektronische productontwerpproces, vooral wanneer moderne, ultrasnelle componenten worden gebruikt. Een FPGA of snelle AC/DC-converter kan bijvoorbeeld gemakkelijk meerdere watt aan vermogen dissiperen. Daarom moeten printplaten, behuizingen en systemen zo worden ontworpen dat de impact van hitte op hun normale werking wordt geminiaturiseerd.
We kunnen gespecialiseerde software gebruiken waarmee ontwerpers 3D-modellen van het hele apparaat kunnen invoeren, inclusief printplaten met componenten, ventilatoren (indien aanwezig) en behuizingen met ventilatieopeningen. Warmtebronnen worden vervolgens toegevoegd aan de simulatiecomponenten – meestal aan IC-modellen, die voldoende warmte genereren om de aandacht te trekken. Omgevingscondities worden gespecificeerd, zoals luchttemperatuur, zwaartekrachtvector (voor convectieberekening) en soms externe stralingsbelasting. Simuleer vervolgens het model; De resultaten omvatten meestal temperatuur- en luchtstroomdiagrammen. In de behuizing is het ook belangrijk om een drukkaart te verkrijgen.
De configuratie wordt voltooid door verschillende beginvoorwaarden in te voeren: omgevingstemperatuur en -druk, de aard van het koelmiddel (in dit geval lucht van 30 graden Celsius), de richting van de printplaat in het zwaartekrachtveld van de aarde, enz., en dan rennen we de simulatie. Om de simulatie uit te voeren, deelt de software het hele model op in een groot aantal eenheden, die elk hun eigen materiaal- en thermische kenmerken hebben en de grens met andere eenheden. Vervolgens simuleert het de omstandigheden binnen elk element en verspreidt deze langzaam naar andere elementen volgens de specificatie van het materiaal. Thermische simulatie en analyse zullen bijdragen aan een beter PCB-ontwerp.
