Lösungen für thermische Simulation

Höhere Packungsdichten durch fortwährende Miniaturisierungen von elektronischen Baugruppen führen dazu, dass die Verlustwärme der Schaltung nicht mehr so gut abgeführt werden kann. So kommt es zu erhöhten Umgebungstemperaturen, die wiederum einen Einfluss auf das elektrische Verhalten der verwendeten Bauteile haben. Wenn sich das Bauteil anders verhält, kann es wiederum zu weiterer Erwärmung kommen, so dass diese Effekte komplex werden können und von mehreren Einflüssen abhängen wie: Umgebungstemperatur, Kühlung durch Konvektion oder zusätzliche Kühlung, eigene Wärmeentwicklung der Schaltung im Betrieb. Eine komplette Simulation der Schaltung im Betrieb mit allen Einflüssen wäre zu komplex, daher teilt man die Simulation in Einzelbereiche auf. FlowCAD bietet hier verschiedene Lösungen für:
  • Erwärmung von Halbleitern im Betrieb
  • Erwärmung der Leiterplatte durch hohe Ströme
  • Kühlungskonzepte von Baugruppen ggf. mit Gehäuse

Thermische Simulation

Die Ergebnisse der einzelnen Simulationen können widerum Eingangsgrößen für andere thermische Simulationen sein.


PSpice Smoke Option

PSpice Smoke Option

Die Stressanalyse wird im Englischen scherzhaft Smoke Analysis genannt, da bei zu viel Stress die Bauteile durch thermische Überanspruchung „abrauchen“. Mit dieser Simulation lässt sich das maximale De–Rating von Bauteilen bestimmen und damit eine Aussage über die Bauteilbelastung treffen. Über die Modellparameter kann die Belastung in Prozent angegeben werden. Den Entwickler interessieren Aussagen über die Belastungsarten: thermisch bei maximalem Strom und höchstmöglicher Spannung, Leitung der Junctiontemperatur in °C bzw. die thermischen Übergangswiderstände JC und JA, wie sie in der Schaltung vorkommen.
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Sigrity PowerDC

Sigrity Power DC

Sigrity PowerDC bietet eine umfassende Gleichstrom-Analyse von Schaltungen im Bereich von Niederspannungen und hohen Strömen. Die integrierte thermische Analyse, die das thermische Verhalten in und auf der Leiterplatte ermittelt, wird zur elektrischen Co-Simulation herangezogen. Nachdem Sie Ihre Stromquellen und Stromsenken definiert haben, können Sie aus der IR-Drop-Analyse die exakten Spannungswerte auf Ihren elektrischen Leitern sehen. Weiterhin liefert Ihnen die Simulation eine detaillierte Stromverteilung in den Kupferstrukturen auf der Leiterplatte. Diese Stromverteilung bildet zusammen mit den Verlustleistungen der Bauteile die Basis der thermischen Simulation. Eine Auswertung von Wärmefluss und Wärmestrahlung (ohne Konvektion) findet sowohl grafisch als auch numerisch statt. Sie erkennen so Hotspots für Temperaturen und Stromdichten und können die Zuverlässigkeit Ihrer Stromversorgung steigern.

PowerDC bietet einen stark automatisierten Workflow mit Checklisten, der es auch Anwendern ohne Studium der Thermodynamik ermöglicht schnell brauchbare Ergebnisse zu erhalten und daraus Designregeln für Hochstromanwendungen abzuleiten.
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6SigmaET

6SigmaET

Computational Fluid Dynamics (CFD) ist eine etablierte Methode der Strömungsmechanik, die für die thermische Simulation eingesetzt werden kann. Dabei können folgende Effekte berücksichtigt werden: Die Bewegung von Umgebungsluft durch freie oder erzwungene Konvektion, die Berechnung der Wärmeübergänge an Luft-Fest-Flächen, die Berechnung der Wärmeleitung in Körpern und an den Kontaktflächen sowie die Berechnung der Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme durch infrarote Strahlung.
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