Teknik PCB - Tentang simulasi panas papan PCB

Analisis panas membantu perancang menentukan ciri-ciri elektrik komponen pada PCB dan menentukan sama ada komponen atau papan PCB akan terbakar disebabkan suhu tinggi. Analisis panas sederhana hanya menghitung suhu purata PCB, sementara model sementara kompleks dibina untuk peralatan elektronik dengan PCBS berbilang dan ribuan komponen.

Tidak peduli seberapa berhati-hati seorang analis model kuasa panas elektronik, PCBS, dan komponen elektronik, ketepatan analisis panas akhirnya bergantung pada ketepatan konsumsi kuasa komponen yang disediakan oleh perancang PCB. Berat dan saiz fizikal sangat penting dalam banyak aplikasi, jika komponen penggunaan kuasa sebenar adalah kecil, boleh membawa kepada desain koeficien keselamatan tinggi, yang berkontribusi kepada desain PCB dengan kenyataan, atau nilai penggunaan kuasa elemen terlalu konservatif seperti menurut analisis panas, sebaliknya, juga koeficien keselamatan desain panas lebih serius terlalu rendah, - iaitu suhu komponen dibanding yang sebenarnya dijangka oleh Analis masa berjalan lebih tinggi, masalah tersebut secara umum diselesaikan dengan memasang peranti sejuk atau peminat untuk sejuk PCB. Penambahan ini menambah biaya dan masa penghasilan, dan menambah peminat ke rancangan mencipta lapisan ketidakstabilan kepercayaan, jadi PCBS kini menggunakan pendinginan aktif daripada pasif (seperti konveksi semulajadi, kondukti, dan pendinginan radiatif) untuk membolehkan komponen beroperasi dalam julat suhu yang lebih rendah.

Rancangan panas yang teruk akhirnya membawa kepada kos yang lebih tinggi dan kecurangan kepercayaan, yang boleh berlaku dalam semua rancangan PCB. Beberapa usaha untuk menentukan dengan tepat konsumsi kuasa komponen dan kemudian melakukan analisis panas PCB boleh membantu menghasilkan produk kecil, berfungsi. Model panas yang tepat dan penggunaan kuasa komponen patut digunakan untuk mengelakkan mengurangi efisiensi reka PCB.

1. Pengiraan kuasa komponen

Menentukan dengan tepat konsumsi kuasa komponen PCB adalah proses berulang. Penjana PCB perlu tahu suhu komponen untuk menentukan kuasa hilang, dan analis suhu perlu tahu kehilangan kuasa untuk memasukkan ke dalam model suhu. Para perancang pertama menebak suhu persekitaran kerja atau diperoleh dari anggaran analisis panas awal, dan input kuasa elemen untuk memperbaiki model panas, mengira PCB dan komponen berkaitan "nod" (atau panas), suhu langkah kedua adalah untuk menggunakan suhu baru untuk konsumsi kuasa elemen pengiraan, - dan kira input kuasa untuk langkah berikutnya dalam proses analisis suhu lagi. Dalam dunia yang ideal, prosesnya terus berlanjut sehingga nilainya berhenti berubah.

Namun, perancang PCB sering berada di bawah tekanan untuk menyelesaikan tugas dengan cepat dan tidak mempunyai masa yang cukup untuk melakukan penentuan prestasi elektrik dan panas yang berulang-ulang bagi komponen. Pendekatan mudah adalah untuk menghargai penggunaan kuasa total PCB sebagai aliran panas seragam bertindak pada seluruh permukaan PCB. Analisis panas boleh meramalkan suhu persekitaran rata-rata, membolehkan para desainer menghitung konsumsi kuasa komponen dan mengetahui sama ada kerja tambahan perlu dilakukan dengan suhu komponen yang mengira dua kali lebih lanjut.

Secara umum, penghasil komponen elektronik menyediakan spesifikasi untuk komponen, termasuk suhu operasi maksimum. Performasi komponen biasanya dipengaruhi oleh suhu lingkungan atau suhu dalaman komponen, produk elektronik konsumen sering menggunakan komponen plastik, suhu operasi maksimum ialah 85 darjah Celsius; Produk tentera sering menggunakan komponen keramik yang beroperasi pada suhu maksimum 125 ° C dan biasanya dicatat pada desainer 105 ° C.PCB boleh menggunakan lengkung suhu/kuasa yang disediakan oleh pembuat peranti untuk menentukan konsumsi kuasa komponen pada suhu tertentu.

Analisis suhu sementara adalah kaedah yang paling tepat untuk menghitung suhu unsur, tetapi ia sangat sukar untuk menentukan konsumsi kuasa segera unsur.

Kompromi yang lebih baik adalah untuk menganalisis nilai dan keadaan terburuk secara terpisah dalam keadaan keadaan tetap.

PCBS dipengaruhi oleh berbagai jenis panas, dan keadaan sempadan panas biasa yang boleh dilaksanakan termasuk:

Penyesuaian semulajadi atau terpaksa dari permukaan depan dan belakang;

Radiasi panas dari permukaan depan dan belakang;

Perjalanan dari pinggir PCB ke rumah peralatan;

Perjalanan ke PCBS lain melalui sambungan yang ketat atau fleksibel;

Perjalanan dari PCB untuk sokongan (bolted atau bonded);

Menjalankan radiator antara 2 PCB interlayers.

Alat simulasi panas tersedia dalam banyak bentuk. Alat pemodelan dan analisis suhu asas mengandungi alat universal untuk menganalisis struktur arbitrari, alat dinamik cair komputasi (CFD) untuk analisis aliran/pemindahan suhu sistem, dan aplikasi PCB untuk pemodelan PCB dan komponen terperinci.

2. Proses Asas

Perkecepatan rancangan panas PCB berdasarkan pengalaman dewasa yang diberikan tanpa mempengaruhi dan berkontribusi kepada peningkatan indikator prestasi elektrik sistem.

Berdasarkan ramalan sistem dan analisis panas dan rancangan panas aras peranti, keputusan rancangan panas boleh dijangka melalui simulasi panas aras papan untuk mencari cacat rancangan dan menyediakan penyelesaian aras sistem atau penyelesaian aras peranti untuk pengubahsuaian.

Kesan desain panas diuji oleh pengukuran prestasi panas, dan kemudahan dan keefektivitas skema diuji.

Model simulasi panas diubahsuai dan dikumpulkan melalui proses latihan terus menerus siklus prasaran-desain-ukur-balas balik untuk mempercepat kelajuan simulasi panas dan meningkatkan ketepatan simulasi panas. Pengalaman reka panas PCB tambahan.

3. Simulasi panas aras papan

Perisian simulasi panas aras papan boleh simulasi radiasi panas, kondukti panas, konveksi panas, suhu cair, tekanan cair, halaju cair dan vektor pergerakan PCB dalam model struktur 3d, dan juga boleh simulasi penyisipan panas paksa, keadaan vakum atau penyisipan panas biasa. Pada masa ini, Flotherm, Betasoft dan sebagainya adalah perisian biasa untuk analisis panas plat.