Исследователи МИЭМ НИУ ВШЭ разработали новый подход к моделированию электротепловых процессов в мощных электронных схемах на печатных платах. Метод позволяет быстрее и точнее рассчитывать, как нагреваются электронные компоненты во время работы, чтобы заранее предотвращать их перегрев и поломку. Об этом «Газете.Ru» сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.
Сегодня для анализа перегрева используются два основных подхода. Первый — детальное трехмерное моделирование тепловых процессов с помощью специализированных программных пакетов, таких как ANSYS, Flotherm или Comsol. Этот метод обеспечивает высокую точность, но требует больших вычислительных ресурсов и времени. Второй подход основан на использовании SPICE-симуляторов с упрощенными тепловыми моделями. Он работает быстрее, но не всегда учитывает реальные особенности конструкции печатной платы и системы охлаждения.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили объединить преимущества обоих методов. Они разработали многоуровневую автоматизированную систему, в которой используются несколько программных инструментов одновременно. Пакет Comsol применяется для моделирования полупроводниковых приборов и их корпусов, SPICE — для анализа электрической схемы, а система «АСОНИКА-ТМ» — для моделирования нагрева печатной платы и расчета температур компонентов.
Дополнительно исследователи создали специальные программные модули, которые автоматически передают данные между различными этапами расчета и ускоряют формирование электротепловых моделей. В результате скорость подготовки таких моделей увеличилась в 5–10 раз по сравнению с ручным построением схем.
Новый подход ученые протестировали на реальной печатной плате драйвера шагового двигателя — устройства, которое управляет скоростью вращения двигателя. На плате используются мощные MOSFET-транзисторы, которые сильно нагреваются во время работы. Результаты моделирования сравнили с данными тепловизионных измерений, и они показали хорошее совпадение.
«Мы убедились на практике, что наши расчеты близки к реальным тепловизионным измерениям. Это значит, что методика работает корректно и может применяться в реальных инженерных задачах», — рассказал один из авторов исследования, профессор МИЭМ ВШЭ Игорь Харитонов.
По его словам, раньше подобные расчеты требовали длительной ручной настройки и значительных затрат времени.
«Теперь мы можем примерно в 5–10 раз быстрее прогнозировать момент перегрева платы, оперативно корректировать конструкцию и условия охлаждения и при этом снижать стоимость разработки», — отметил Харитонов.
Ранее российские ученые создали керамику для двигателей, выдерживающую более 2000 °C.
