稳态传热分析的基础知识
关键的外卖
热流是完全由驱动的热梯度,冷却系统设计的目的是控制热量流动。
在PCB组件加热操作期间,在董事会和热转移,最终达到一个稳定状态。
稳态传热分析场解算器可以帮助您快速识别领域一个散热器可能增加,冷却需要指导,或通风罩是必要的。
这种冷却风扇是一个元素,决定了你的多氯联苯和组件方法热稳态。
一旦你打开你的电路板,它开始消耗力量,组件将开始产生热量和系统的温度会增加。在设计您的系统可靠性,它有助于看到热量流动,这涉及到如何在板组件的位置。最终,你的董事会的温度将达到一个稳定状态,温度不再变化,只要董事会的热源是稳定。
稳态发生了什么是非常重要的。一旦在董事会达到稳态温度分布对于一个给定的源和汇,你就会知道董事会组件或其他部分是否运行在你所需的温度范围,温度不再变化。解决当你使用一个字段来确定温度分布在你的董事会,您可以点热绕你的系统和如何确定是否重新设计会减少系统的温度。
温度的稳态
如果你想要更大的控制中的温度分布板,你需要控制热量流动的稳态PCB。当然,你可以控制热流板放置到一个冰箱或冰箱,但更优雅的策略需要跟踪热流运行整个董事会。要做到这一点,您需要查看的稳态温度分布。
“稳态温度”一词通常是交替使用与热平衡的想法,但这两个概念是不一样的。当一个系统热平衡与其所处的环境,一切(系统+环境)在相同的温度。整个系统在稳态温度场只是停止改变。然而,系统中的温度差异仍然存在,如以下示例一维系统所示。确切的稳态温度分布的形状取决于源函数,S (x)和热常数的值,k。
热流在由于热源,S (x),在系统与热常数,k。热流率的稳态温度分布梯度成正比。
上面所示的第一个方程给出了用于计算二重积分的稳态温度分布源函数,S (x)和热常数k。数学,T (x)的方程是发现通过设置衍生品在热方程为零和整合的结果。在实际系统中,如PCB与大量的组件,k是一个复杂的函数空间和包含在积分。在任何情况下,由此产生的传热速率问通过一个区域将空间的函数。这种形式可以在几乎任何偏微分方程的教科书。
系统进入稳态后,系统的热量通过其边界在任何即时等于系统内产生的热量在同一瞬间。当这两个量的平衡,系统在稳态。如上图所示,温度分布有一个复杂的形状,只是不改变温度场。热流在稳态通过定义区域低与法向量计算n方程在上面的图。
稳态传热分析领域解决的结果
一个多重物理量场解算器可用于确定稳态温度分布在PCB或IC包很容易。这些类型的仿真工具包括气流,由于风扇或者自然对流,除了传导。稳态热模拟所得很快相比瞬态热模拟在同一个系统。确定传热速率的分布在整个系统中,您需要使用高级程序如下:
导入印刷电路板或集成电路布局进入你的领域解算器效用。确保定义相关的热导率值在不同的材料体系。
定义静态(即。长期有效的)系统中边界条件。
运行一个稳态热模拟得到的温度分布。
用上面所示的梯度方程得到热流率分布。
计算面积的积分得到的梯度(别忘了点积n)的传热速率通过选择区域。
下图显示了一个示例为功率MOSFET确定温度分布二维稳态模拟。梯度图像数值可以计算。
在这个模拟功率MOSFET,核心温度达到远高于典型的CMOS温度额定值。
这种类型的post-simulation分析(步骤4和5)很简单,运行3 d数值温度数据。这里的目标是绘制出系统穿过的热量和识别位置热可能会被删除。下图显示了热梯度在上面的IC方案计算与形象。
MOSFET的热梯度包在上面的图像。
白色的盒子显示包的轮廓。我们看到高梯度跨边界的导体系统。这些数据可以导出为数值数据和乘以一个图像显示系统中的热常数分布。可以使用相同的过程与其他IC包或3 d模拟PCB。
一旦你确定高梯度地区,你可以采取措施来增加这个地区的导热系数(例如添加金属或涂料)更快地去除热量。你可以使用你的布局工具所需的设计更改并重新运行模拟验证。集成仿真工具可以帮助您可视化温度和热流在你的系统,以及执行稳态传热分析。