熱管理モデリングと統合シミュレーション

単一のパッシブ システムはサイズが大きくなりますが、より信頼性と効率が高く、パッシブ冷却を単独で使用できない状況でもファンが役割を果たすことができます。冷却のためにどのシステムを選択するかは、難しい決断となることがよくあります。このとき、必要な冷却空気の量と冷却を実現する方法をモデリングとシミュレーションを通じて決定する必要があり、これは効率的な熱管理戦略に不可欠です。

ミニチュアモデルの場合、熱源とその熱流路は熱抵抗によって特徴付けられ、熱抵抗は使用される材料、品質、サイズによって決まります。モデリングは、熱源から熱がどのように流れるかを示し、また、自身の熱放散によって熱事故を引き起こすコンポーネントを評価するための最初のステップでもあります。たとえば、高放熱 IC、MOSFET、IGBT などのデバイス サプライヤーは、通常、熱源からデバイスの表面までの熱経路の詳細を提供できる熱モデルを提供しています。

各コンポーネントの熱負荷がわかったら、次のステップはマクロ レベルでモデル化することです。これは単純ですが複雑です。さまざまな熱源を通る気流のサイズを調整して、その温度を許容限界以下に保ちます。気温、非強制空気流の利用可能な流量、ファンの空気流量、およびその他の要素を使用して基本的な計算を実行し、温度条件を大まかに把握します。

次のステップでは、各熱源、プリント基板、シェル表面、その他の要素のモデルと位置を使用して、製品全体とそのパッケージングのより複雑なモデリングを実行します。

最後に、モデリングでは次の 2 つの問題を解決する必要があります。

ピーク損失と平均損失の問題。たとえば、連続熱放散が 1W の定常状態のコンポーネントと、熱放散が 10W で断続的なデューティ サイクルが 10% のデバイスでは、熱影響が異なります。つまり、平均熱放散は同じですが、関連する熱質量と熱流により、異なる熱分布が生成されます。ほとんどの CFD アプリケーションは、静的解析と動的解析を組み合わせることができます。

コンポーネントとミニチュア モデルの表面との間の不完全な物理的接続。たとえば、IC パッケージの上部とヒートシンクの間の物理的な接続です。接続の距離が短い場合、このパスの熱抵抗が増加するため、パスの熱伝導率を高めるために接触面をサーマルパッドで埋める必要があります。

熱管理により、電源内のコンポーネントや内部環境の温度を下げることができ、製品の耐用年数を延ばし、信頼性を向上させることができます。しかし、熱管理は統合された概念であり、細部まで分解すると非常に大きなテーマになります。これには、サイズ、電力、効率、重量、信頼性、コストのトレードオフが伴います。プロジェクトの優先順位と制約を評価する必要があります。