Optimice el diseño térmico utilizando la tensión de los componentes reales

El análisis térmico es una parte importante del diseño de cualquier sistema electrónico.
Los dispositivos electrónicos que consumen mucha energía requieren mecanismos de eliminación de calor como sustrato de PCB, disipadores de calor o ventiladores.
El análisis térmico generalmente lo realizan ingenieros mecánicos o empresas de terceros que se especializan en la simulación de flujo de aire y calor. Este análisis requiere información sobre los componentes colocados en la PCB, la disipación de potencia real y los materiales y la geometría de la PCB.
Por lo general, el analista térmico realiza el cálculo utilizando la potencia nominal máxima absoluta de las hojas de datos de los componentes. La potencia real suele ser significativamente más baja que la clasificación máxima. Esto conduce a un diseño excesivo de los mecanismos de eliminación de calor.

BQR ofrece software y servicio profesional para el análisis de tensión de componentes mediante simulación de tensión de circuito.

El software de BQR proporciona varios métodos para calcular y documentar los valores de tensión real de los componentes (potencia, corriente y voltaje):

  1. Semiautomático: las tensiones se pueden asignar fácilmente a los componentes utilizando el BQR Complemento E-CAD en el esquema
  2. Simulación de tensión: la tensión de los componentes se calcula mediante un simulador de estrés de circuito automatizado único (CircuitHawk)

Beneficios:

  1. Durante el análisis de tensión, los errores de diseño y los problemas de clasificación se detectan antes del diseño.
  2. Las tensiones exactas permiten un diseño térmico óptimo, ahorrando espacio y costes
  3. El cálculo de MTBF utilizando tensiones exactas proporciona mejores valores (más altos) de MTBF

Ejemplo 1:

Tj de 137,1oC se calculó para IC U2a en función de la potencia nominal máxima absoluta (6,12 W). Basado en este resultado, el ingeniero mecánico planeaba agregar un ventilador al diseño. Además, se calculó que la tasa de fallas del CI era de 6.129 fallas por millón de horas.
Al usar el resultado de disipación de potencia real de la simulación CircuitHawk para el cálculo (ver IC U2 en la fig. 1), Tj resultó ser 95oC, y el enfriamiento natural fue suficiente. Además, la tasa de fallas se redujo a 0,804 fallas por millón de horas.
Una diferencia de 42,1oC se encontró en Tjy la tasa de fallos (FR) se redujo en un factor de 7,6.
Para resumir: el uso de la disipación de energía real reduce el uso innecesario de elementos de enfriamiento costosos y da como resultado un MTBF mucho más alto.

Figura 1: Tj y tasa de fallas para diferentes potencias de un IC (captura de pantalla del software BQR)

Ejemplo 2:

Se calculó el MTBF de una tabla real tanto para la tensión real (método de tensión de piezas) como para la tensión 50% (método de recuento de piezas).
Se encontró que el MTBF calculado con la tensión real era mayor en un factor de aproximadamente 1,5.

Screenshot of MTBF software
Figura 2: Comparación del MTBF de la placa calculado utilizando "tensión 50%" frente a "tensión real"