Горячев, Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2013. — № 10 (57). — С. 128-130. — URL: https://moluch.ru/archive/57/7764/ (дата обращения: 18.06.2023).
Проведён анализ существующих средств теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры. Выявлены их основные недостатки, составлена сравнительная таблица свойств исследованных программных продуктов.
An analysis of existing tools thermophysical design of electronic equipment. Identified their main drawbacks, made up a comparative table of the properties of these funds.
Введение
В настоящее время существует несколько десятков программных комплексов и систем, предназначенных для проведения теплофизического проектирования печатных плат (ПП) электронной аппаратуры (ЭА). Как правило, их работа основана на применение одного из численных методов решения прикладных задач тепломассообмена [1]. Из существующих сейчас программных продуктов теплофизического проектирования и анализа ЭА, следует отметить следующие, наиболее развитые системы: Ansys Icepak, FloTherm, Qfin. Из российских программ заслуживает внимание программный комплекс ТРиАНА (АСОНИКА-Т).
[Software — Triana™]How to use VOI
Анализ программных средств
ANSYS Icepak предназначен для проведения тепловых расчётов при решении задач электронной промышленности, обеспечивающий надёжные и быстрые расчёты не только теплообмена в электронных устройствах но и гидро- газо- динамики [2].
ANSYS Icepak включает в себя возможности построения расчётной модели, включая улучшенный прямой импорт геометрических моделей из специализированных систем автоматизированного проектирования (САПР). Пакет ANSYS Icepak имеет расширенные возможности моделирования дорожек и сквозных отверстий печатных плат (рисунок 1), применение которых позволяет сократить время моделирования электронных компонентов и систем.
Рис. 1. Проектирование элементов ЭА в среде ANSYS Icepak
В ANSYS Icepak реализована возможность задания граничных условий периодичности для расчётных областей. Дополнительно ANSYS Icepak содержит библиотеки, включающие термодинамические модули охлаждения и расширенные макросы.
Продукт компании Mentor Graphics — FloTHERM основан на анализе с помощью метода конечных элементов (МКЭ).
FloTerm позволяет инженерам создать виртуальные (математические) модели электронного оборудования, выполнить тепловой анализ [3]. Позволяет проводить тестирование проекта прежде, чем он будет воплощён в виде физического прототипа. FloTHERM имеет средства интеграции с существующими САПР электроники — так называемыми ECAD системами. Так же в состав программного пакета FloTerm входят подсистемы для анализа работы теплоотводов, вентиляторов, электронных компонентов и печатных плат. FloTHERM позволяет исследовать работу термоэлектрических преобразователей — элементов Пельтье.
[Software — Triana™]Drawing Curve
Наличие мощных средств визуализации вычислений гидроаэродинамики, позволяет применять FloTHERM для анализа работы сложной ЭА.
В настоящее время FloTHERM является самой распространенной, в европейских странах, системой теплофизического проектирования ЭА основанной на применение метода конечных элементов.
Разработчиком среды теплофизического проектирования ЭА Qfin является канадская компания Qfinsoft Technology Inc. Компания занимается разработкой компьютерных средств для моделирования термодинамических и гидродинамических процессов, а также процессов горения [4].
Программный продукт Qfin ориентирован, прежде всего, на моделирование работы теплоотводов ЭА. Дополнительно, программа позволяет проводить исследования сложных систем охлаждения ЭА включающих в себя вентиляторы, термоэлектрические элементы и т. п. Также в среде Qfin существует возможность проведения теплового анализа модулей первого и второго уровней.
Преимуществом программной среды Qfin является возможность проведения теплового анализа с учётом внешних воздействий.
К недостаткам Qfin следует отнести неполную интеграцию с существующими CAD и ECAD системами. Однако, самым серьёзным недостатком Qfin является отказ разработчиков этого программного продукта распространять его на территории России.
АСОНИКА-Т разработана специалистами Красноярского Государственного Технического Университета (КГТУ) и Московского Государственного Института Электроники и Математики (МИЭМ).
Программный комплекс ТРиАНА предназначен для моделирования стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в стойках, блоках, крейтах, печатных узлах, функциональных ячейках и микросборках радиоэлектронной аппаратуры [5]. ТРиАНА позволяет реализовать следующие проектные задачи:
— определение тепловых режимов работы всех электрорадио изделий (ЭРИ) и материалов несущих конструкций и внесение изменений в конструкцию с целью достижения заданных коэффициентов нагрузки;
— выбор лучшего варианта конструкции из нескольких имеющихся вариантов с точки зрения тепловых режимов работы;
— обоснование необходимости и оценка эффективности дополнительной защиты радиоэлектронных средств (РЭС) от тепловых воздействий;
— создание эффективной программы испытаний аппаратуры на тепловые воздействия (выбор испытательных воздействий, выбор наиболее удачных мест установки датчиков).
Программный комплекс ТРиАНА позволяет анализировать следующие типы конструкций: микросборки, радиаторы и теплоотводящие основания, гибридно-интегральные модули, блоки этажерочной и кассетной конструкции, шкафы, стойки, а также нетиповые (произвольные) конструкции.
Подсистема дает возможность провести анализ стационарного и нестационарного тепловых режимов аппаратуры, работающей при естественной и вынужденной конвекциях в воздушной среде, как при нормальном, так и при пониженном давлении. При анализе нетиповых конструкций определяются температуры выделенных изотермических объёмов; при анализе типовых узлов — температуры ЭРИ, а также дискретное температурное поле типовых узлов и их интегральные температуры.
Полученные в результате расчёта температуры используются в качестве граничных условий для моделирования теплового режима печатного узла с помощью средств комплекса ТРиАНА, в результате которого могут быть получены температуры всех ЭРИ.
Дополнительно следует отметить, что программный комплекс ТРиАНА имеет качественное методическое обеспечение [6], [7].
Заключение
Проведя анализ основных систем теплофизического проектирования, необходимо отметить, что хотя они и являются мощными инженерными средствами проектирования, но каждая из них содержит в себе ограничения и недостатки. В частности, отсутствуют открытые базы данных унифицированных конструкций теплоотводов, крайне мал уровень автоматизации при выборе способа охлаждения. Недостаточно внимания разработчики систем теплофизического проектирования ЭА уделяют организации информационного обмена с используемыми на территории России CAD и ECAD системами, такими как Mentor PADS, Mentor-ExpeditionPCB, Cadence, Altium и т. д. Отсутствуют аппаратные средства оценки эффективности систем охлаждения — лабораторные и исследовательские стенды. Хотя, именно комплексное исследование математической модели и прототипа разрабатываемой системы охлаждения ЭА, способно обеспечить максимальную надёжность и качество серийного изделия.
В результате проведенного исследования, выявлены недостатки существующих средств теплофизического проектирования. С учётом требований изложенных в работе [8], составлена сравнительная таблица.
Сравнительная таблица средств теплофизического проектирования ЭА
Параметр
Ansys Icepak
FloTHERM
Источник: moluch.ru
Расчет тепловых процессов в печатном узле. Программа асоника-т (тРиАна)
Программа АСОНИКА-Т (ТРиАНА) предназначена для моделирования на ПЭВМ стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры, таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки.
Для моделирования тепловых режимов ПУ необходимо воспользоваться графическим редактором BoardEditor, панель инструментов которого приведена на рис. 7.
Для ввода в программу эскиза ПУ выполняют следующую последовательность действий:
Создают новый файл и задают управляющую информацию.
Задают размеры ПУ (кнопка «Размеры НК»).
Вводят и размещают ЭРЭ (кнопка «Список ЭРЭ»).
Задают граничные условия (кнопка «Список граничных условий»).
Сохраняют файл МТП ПУ.
Подробно данные операции описаны в руководстве пользователя программы АСОНИКА-Т (ТРиАНА). [2]
Примечание 1: Для описания радиатора требуется ввести его параметры в граничные условия при описании элемента, на котором он закреплен. Во втором пункте диалогового окна требуется задать параметры теплопередачи через заданное тепловое сопротивление к поверхности с заданной температурой (температура рассчитывается по пункту 9 данных методических указаний). Примечание 2: При расчете курсовой работы используется демо-версия программы АСОНИКА-Т (ТРиАНА). Из-за этого возникают некоторые ограничения функционала данного пакета, а именно: максимальное количество элементов, закрепленных на плате равно 20. Но так как стабилизатор напряжения рассчитывается в статическом режиме, мощности тепловыделения на конденсаторах и индуктивностях не учитываются, соответственно мы можем их исключить из схемы РЭУ, тем самым уменьшив конечное количество элементов (при данном расчете).
Рис. 5. Панель инструментов программы АСОНИКА-Т (ТРиАНА)
Расчет показателей надежности
Для расчета надежности, принимаем, что модель отказов описывается экспоненциальным распределением. Следовательно, вероятность безотказной работы определяется по формуле:
Вероятность R(t) должна быть расcчитана для t=1000 ч.
Для вычисления интенсивности отказов необходимо воспользоваться приведенными ниже формулами и справочными данными:
N — количество элементов в схеме (без учета конденсаторов и индуктивностей).
Для диодов, стабилитронов и транзисторов:
где A, NT, TM, L, ∆t — постоянные модели; t — температура корпуса; КЭЛ — отношение рабочей электрической нагрузки и максимально допустимой при температуре, равной tсниж.; tсниж. — максимальная температура окружающей среды, для которой при 100% электрической нагрузке температура перехода не превышает максимально допустимую tпер.макс. надежность эксплуатационная надежность базовая
Диоды, кроме стабилитронов, диодные сборки
Стабилитроны, генераторы шума, ограничители напряжения
Варикапы подстроечные. Транзисторы, транзисторные сборки. Диоды СВЧ
Iпр.ст.раб., Iст.раб., Pраб. — берутся из электрического расчета; Iпр.ст.макс., Iст.макс., Pмакс.
— необходимо найти в интернет по типономиналу (названию) элемента.
Для резисторов: A, B, Nt, G, Ns, J, H — постоянные коэффициенты модели; t — температура окружающей среды, ºС; P — рабочая мощность рассеяния резисторов, Вт; PH — номинальная мощность рассеяния резисторов, Вт. PH – должна быть больше расчетной (полученной после расчета в winspice). Выбирается из ряда: 0,05 Вт; 0,125 Вт; 0,25 Вт; 0,5 Вт; 1 Вт; 2 Вт; 5 Вт.
Источник: studfile.net
ТРиАНА 2.00.1
Программный комплексТРиАНА, являющийся частью подсистемы «АСОНИКА» , предназначен для моделирования на ПЭВМ стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях радиоэлектронных средств, таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки.
Программный комплексТРиАНА, являющийся частью подсистемы «АСОНИКА» , предназначен для моделирования на ПЭВМ стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях радиоэлектронных средств, таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки. ПК рассчитан на инженеров-конструкторов промышленных предприятий, НИИ, КБ, занимающихся разработкой радиоэлектронной аппаратуры.
Программы разработчика
Альтернативные программы
ТРиАНА 2.00.1
ТРиАНА
Программный комплексТРиАНА, являющийся частью подсистемы «АСОНИКА» , предназначен для моделирования на ПЭВМ стационарных и нестационарных тепловых процессов, протекающих в конструкциях радиоэлектронных средств, таких как стоечные конструкции, блоки с регулярной и нерегулярной структурами, печатные узлы, функциональные ячейки, микросборки.
Warehouse Studio 2.1
Александров Андрей Владимирович
Для предприятий (подразделений), занимающихся производством радиоэлектронной аппаратуры.
Ведение справочника подразделений, учет договоров в разрезе подразделений.
JUL 3.1
mic
Система JUL распространяется в рамках проекта Интернет-школа при ФТЛ №1.
Двойняшки Двойняшки 1.0
teterin
Вы, конечно же, знаете и о картах Таро, и о рунах, и о гадании по китайской Книге Перемен.
Принцип quot, примененный на практике.
Solitaire Solitaire 1.0
lipigro
Цель игры состоит в том, чтобы после нескольких прыжков на доске осталась одна фишка.
Набор алгоритмов для деноминации, обнуления (перекрытия) счетов, quot уровня ведения аналитики, quot уровней, подсчета аналитических объектов, и проч.
ShR Toolbar ShR Toolbar 1.01
sheshire_rat
Панель быстрого запуска Поддержка тяни — кидай, конфигурирование размеров, небольшой размер.
Другие программы категории
Зодиак 2.51
Максим Горбач
Зодиак — c помощью этой программы вы много нового о себе узнаете.
I2R Computer — еженедельный сетевой журнал #3
Антон Дрейзин
I2R Computer — Электронный журнал о компьютерах, программах, Интернете.
Считалка калорий 1.4.58
Olga Lebedeva
Считалка калорий — программа поможет рассчитать пищевую и энергетическую ценность (калорийность) рациона.
Socionix 1.06
Oleksandr Liutyi
Socionix — Программа для тестирования типа личности (Тест института им.
Words 3.12
Soft-One.com
Words — это обучающая программа, помогающая учить иностранные слова, не затрачивая на это много времени.
Поиск
Наш выбор
WinRAR 6.10 Beta 1
WinRAR самый лучший архиватор.
Источник: pcwin.ru