При работе любого электронного устройства, от бытовой техники до промышленных станков, выделяется тепло. Особенно сильно нагреваются транзисторы, и резкие перепады температур при включении и выключении могут привести к изменению их параметров и поломке оборудования. Чтобы избежать этого, инженерам необходимо точно знать, как будет нагреваться деталь в реальных условиях, чтобы правильно спроектировать систему охлаждения и снизить нагрузку на элементы.
До недавнего времени существовало два основных пути решения этой задачи. Первый — детальное трехмерное моделирование в специализированных пакетах вроде ANSYS или Comsol, которое дает высокую точность, но требует много времени и вычислительных мощностей. Второй — использование упрощенных схем в SPICE-симуляторах, что быстрее, но не всегда учитывает все особенности конструкции платы и охлаждения.
Ученые МИЭМ ВШЭ решили объединить сильные стороны обоих подходов. Они разработали многоуровневую автоматизированную систему, которая связывает между собой несколько программных продуктов. В пресс-службе вуза пояснили, что в созданной связке пакет Comsol уточняет тепловые модели компонентов, SPICE-симулятор анализирует электрическую схему, а программа «АСОНИКА-ТМ» моделирует нагрев всей печатной платы. Специально написанные программные модули автоматизируют обмен данными о температурах и мощностях между этими средами, избавляя инженера от необходимости делать это вручную. Благодаря автоматизации скорость подготовки моделей для расчетов вырастает в 5–10 раз по сравнению с традиционным ручным подходом. Результаты работы были представлены в издании Russian Microelectronics.
Проверка методики проходила на реальной печатной плате драйвера для шагового двигателя, где установлены мощные нагревающиеся транзисторы. Результаты, полученные в ходе моделирования, сопоставили с данными тепловизионной съемки. Как отметил профессор МИЭМ ВШЭ Игорь Харитонов, расчеты оказались близки к реальным измерениям, что подтверждает работоспособность методики и возможность ее применения в инженерной практике.
По словам исследователя, ранее подобные расчеты требовали длительной ручной настройки. Теперь же инженеры могут значительно быстрее выявлять слабые места в конструкции, оперативно вносить правки в систему охлаждения и снижать итоговую стоимость разработки. Это имеет большое значение для создания надежной силовой электроники, промышленного оборудования и транспортных систем, где выход из строя даже одного элемента может повлечь за собой серьезные последствия.
Ранее Наука Mail рассказывала, что сувенир из лаборатории помог рекордно охладить электронику.
