Исследователи МИЭМ НИУ ВШЭ представили новый метод моделирования электротепловых процессов в мощных электронных схемах на печатных платах.
Метод позволяет более быстро и точно оценивать, как нагреваются электронные элементы во время работы, чтобы заранее предотвратить их перегрев и повреждение.
На сегодняшний день для анализа перегрева применяются два основных метода. Первый — детальное трехмерное моделирование тепловых процессов с помощью специализированных программных средств, таких как ANSYS, Flotherm или Comsol. Этот подход обеспечивает высокую точность, но требует значительных вычислительных ресурсов и временных затрат. Второй метод основан на использовании SPICE-симуляторов с упрощенными тепловыми моделями. Он работает быстрее, но не всегда учитывает реальные особенности конструкции печатной платы и системы охлаждения.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили объединить достоинства обоих подходов. Они создали многоуровневую автоматизированную систему, в которой одновременно задействуются несколько программных инструментов. Пакет Comsol используется для моделирования полупроводниковых устройств и их корпусов, SPICE — для анализа электрической схемы, а система «АСОНИКА-ТМ» — для моделирования нагрева печатной платы и расчета температур компонентов.
Дополнительно исследователи разработали специальные программные модули, которые автоматически передают данные между различными этапами расчета и ускоряют формирование электротепловых моделей. Как результат, скорость подготовки таких моделей возросла в 5–10 раз по сравнению с ручным построением схем.
Новый метод ученые протестировали на реальной печатной плате драйвера шагового двигателя — устройства, которое управляет скоростью вращения двигателя. На плате применяются мощные MOSFET-транзисторы, которые значительно нагреваются во время работы. Результаты моделирования были сопоставлены с данными тепловизионных измерений, и они показали хорошее соответствие.
«Мы убедились на практике, что наши расчеты близки к реальным тепловизионным измерениям. Это свидетельствует о том, что методика работает корректно и может использоваться в реальных инженерных задачах», — отметил один из авторов исследования, профессор МИЭМ ВШЭ Игорь Харитонов.
По его словам, ранее такие расчеты требовали длительной ручной настройки и значительных затрат времени.
«Теперь мы можем примерно в 5–10 раз быстрее предсказывать момент перегрева платы, оперативно корректировать конструкцию и условия охлаждения, одновременно снижая стоимость разработки», — добавил Харитонов.
Фото: hi-tech.mail.ru