设计人员先猜测一个元件工作环境温度或从初步热分析中得出估计值,并将元件功耗输入到细化的热模型中,计算出PCB和相关元件“结点”(或热点)的温度,第二步使用新温度重新计算元件功耗,算出的功耗再作为下一步热分析过程的输入。
在理想的情况下,该过程一直进行下去直到其数值不再改变为止。 然而PCB设计人员通常面临需要快速完成任务的压力,他们没有足够的时间进行耗时重复的元器件电气及热性能确定工作。
一个简化的方法是估算PCB的总功耗,将其作为一个作用于整个PCB表面的均匀热流通量。热分析可预测出平均环境温度,使设计人员用于计算元器件的功耗,通过进一步重复计算元件温度知道是否还需要作其他工作。
一般电子元器件制造商都提供有元器件规格,包括正常工作的最高温度。
元件性能通常会受环境温度或元件内部温度的影响,消费类电子产品常采用塑封元件,其工作最高温度是85 ℃;而军用产品常使用陶瓷件,工作最高温度为125 ℃,额定最高温度通常是105 ℃。PCB设计人员可利用器件制造商提供的“温度/功率”曲线确定出某个温度下元件的功耗。
计算元件温度最准确的方法是作瞬态热分析,但是确定元件的瞬时功耗十分困难。
一个比较好的折衷方法是在稳态条件下分别进行额定和最差状况分析。
PCB受到各种类型热量的影响,可以应用的典型热边界条件包括: 前后表面发出的自然或强制对流,前后表面发出的热辐射,从PCB边缘到设备外壳的传导,通过刚性或挠性连接器到其他PCB的传导,从PCB到支架(螺栓或粘合固定)的传导,2个PCB夹层之间散热器的传导。
目前有很多种形式的热模拟工具,基本热模型及分析工具包括分析任意结构的通用工具、用于系统流程/传热分析的计算流体动力学(CFD)工具,以及用于详细PCB和元件建模的PCB应用工具。
2,基本过程
在不影响并有助于提高系统电性能指标的前提下,依据提供的成熟经验,加速PCB热设计。
在系统及热分析预估及器件级热设计的基础上,通过板级热仿真预估热设计结果,寻找设计缺陷,并提供系统级解决方案或变更器件级解决方案。
通过热性能测量对热设计的效果进行检验,对方案的适用性和有效性进行评价;
通过预估-设计-测量-反馈循环不断的实践流程,修正并积累热仿真模型,加快热仿真速度,提高热仿真精度,补充PCB热设计经验。
责任编辑;zl
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