Jump to content

Тепловой расчет чипа / 2R-модель


Recommended Posts

Добрый день. Изучаю тепловой расчет электроники, в основном это печатная плата с тепловыделяющими чипами на ней. Для понимания принципа работы вычислителя FloEFD сделал простенькую расчетную модель в виде чипа и платы. Сверху над чипом твердотельная модель со свойствами воздуха.

Начальная температура твердого тела 20 градусов Цельсия.

Некий условный чип как 2R-модель:

-рассеиваемая мощность 3Вт;
-Сопротивления junction-board и junction-case 5 К/Вт (одинаковое значение поставил условно, все равно тепловой поток к воздуху будет значительно меньше, чем к плате).

 

image.jpg


Далее, назначил материалом платы алюминий и запустил нестационарный расчет, на 0.05 секунды, с шагом по 0.001 секунды. На таком коротком отрезке тепловым потоком к воздуху можно вообще пренебречь.

 

image.jpg

На графике результата видно, что температура p-n перехода (junction) после первого шага по времени (через миллисекунду) равна 35.2 градуса.

Эту цифру я могу с точки зрения физики понять.

По определению теплового сопротивления температура перехода в некий момент времени будет вычисляться как

Tj=Tamb+P*Rtheta+Tн

 

где Tamb - начальная температура платы P - рассеиваемая мощность, Rtheta - тепловое сопротивление от перехода к плате (junction-board), Tн - собственно, нагрев.

 

Для первого шага по времени, через миллисекунду это будет

 

Tj=Tamb+P*Rtheta+T1ms


Где Tamb=20, начальная температура. P - рассеиваемая мощность, Rtheta - тепловое сопротивление, T1ms - нагрев за миллисекунду.

T=20+3*5+T1ms=35,2.

Отсюда делаю вывод: уже на первом шаге FloEFD плюсует произведение мощности на сопротивление к стартовой температуре. То есть эта цифра появляется не в процессе расчета, а как математика исходных данных еще до начала расчета.

Это имеет смысл, так как теплоемкостью самого чипа (из-за которого слагаемое P*Rtheta вступит в силу не сразу) можно пренебречь.

 

А вот дальше начинаются непонятки. Поставил материал платы - FR4 (стеклотекстолит). И значение температуры после первого шага сразу скакнуло на 70 градусов.

 

fr4.jpg

Вот этого я понять уже не могу. Принципиально ничего не изменилось, тепловое сопротивление к плате прежнее. Да, теплоемкость и теплопроводность платы сильно уменьшились, но для первого шага по времени, для миллисекунды, это роли не играет.

Физический смысл этого значения температуры для меня ускользает. Складывается ощущение, что FloEFD опять же, не в процессе расчета, а сразу математикой исходных данных, докидывает к первому шагу еще какое-то слагаемое.

То есть формула температуры на первом шаге на самом деле

Tj=Tamb+P*Rtheta+T1ms+Х

Вопрос к знающим людям - что это за Х? Откуда берется такая сильная разница в температуре между металлом и стеклотекстолитом сразу на первом шаге по времени?

Добавлю, что эта разница не меняется при изменении физического времени этого шага. Можно поставить расчет на одну миллисекунду, с шагом в одну микросекунду. И все равно, в первую микросекунду температуры на металле и на FR4 будут различаться.

Link to post
Share on other sites


UnPinned posts
18 часов назад, ValeryMoscow сказал:

попробуйте COMSOL - это на много лучше

Где найти какой-то пример/самоучитель для подобных задач? Беглый просмотр официальных tutorial вызывает впечатление, что чип надо моделировать подробно. Такой информации производители, конечно же, не дают. Есть в COMSOL идеализация по типу 2R модели? 

Link to post
Share on other sites
ValeryMoscow

COMSOL - это не астролябия, котортая сама все меряет ....
сначала знания физики и вычислительной математики... и лишь потом какая-то программа

Link to post
Share on other sites
Jesse
2 часа назад, XapM сказал:

Где найти какой-то пример/самоучитель для подобных задач?

Алямовский полно разобранных задач есть.
А так встроенный тутор с примерами.

Tutorial.pdf

В корне с папкой с солидом лежит c готовыми примерами
Ready.7z
Ready-CPU cooler.7z
exa.jpgexa1.jpg

 

На ютюбе тоже полно примеров. Особенно для начального уровня.

21 час назад, ValeryMoscow сказал:

попробуйте COMSOL - это на много лучше

да, но с такой прогой и СВ вполне справится, не?)

39 минут назад, ValeryMoscow сказал:

вычислительной математики...

в комсоле эти знания так шибко нужны что ли?..)

Link to post
Share on other sites

Так в том и дело, что мне не нужно рассчитывать чип в облаке плазмы на гиперзвуке, как может COMSOL. Нужен расчет согласно JEDEC стандартизованной 2R модели. Во флоЕФД он есть, вопрос только в сильном разбросе результатов. 

Link to post
Share on other sites
  • 2 years later...

Я бы SW Симулейшен применил бы.

Все....в тему!

Link to post
Share on other sites
Fedor
31.03.2022 в 17:09, ValeryMoscow сказал:

COMSOL - это не астролябия, которая сама все меряет ....
сначала знания физики и вычислительной математики... и лишь потом какая-то программа

Нынче настали времена компьютерного фетишизма, когда люди могут намного больше чем знают и понимают. Идет очередная революция в истории человечества.  Просто верят,   что есть программка, которая решит все их проблемы   :)

Как раньше вырезали божков когда один отвечал за дождь, другой за урожай и так далее. Потом объединили в одном. Как сейчас надеются объединить в едином ИИ :) 

Edited by Fedor
  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites
danzas

В стремлении упростить и без того простую задачу ТС своими упрощениями ее максимально

загромоздил. ТС, ваши действия совершенно невпопад. Ваша задача в 3D (и без всяких упрощений)

заведомо примитивна, повторяю ЗАВЕДОМО ПРИМИТИВНА, и SWFS ее без труда просчитает как внешнюю задачу.  Ваши упрощения однозначно выносят мозг. Обратитесь к рекомендациям Jesse, разогрев микрочипа либо светодиода рассматривались неединожды.

  • Нравится 1
Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

  • Сообщения

    • Александр1979
      Необязательно именно LP2, можно и хексагон прикрутить: https://cpmservice.co.uk/product/type-41-00-pp-mini-probe
    • Shershen
      @an-kval Спасибо за код. Очень интересно. Я отсутствие листинга самостоятельно победить не смог, а мне надо. Попробую как работает ваш вариант.   Поэтому остановился на следующем простом варианте. Может пригодится кому. Имя файла задаю атрибутом, потому что его же вывожу в карты наладки (рабочие инструкции) и иногда в саму уп. При постпроцессировании задаю имя любой кнопкой. В папку падает УП с нужным мне именем, а листинг открывает вот эту самую временную копию, которую иногда смотрю. Остальные уп проекта постятся просто нажатием ОК. В итоге в папке несколько уп с нужными именами, и единственный временный файл.   Насчет mom_output_file_suffix, не понял. Он жеж для поста инструментами самого постбилдера задается. И файлы уп с нужным расширением сразу и получаются.     #============================================================= proc PB_CMD_rename_output_file { } { #============================================================= # Переименование файла УП именем атрибута  # mom_attr_PROGRAMVIEW_NAME, если он есть. # Вставить в самый конец программы. # return global mom_output_file_basename global mom_output_file_directory global mom_output_file_suffix global mom_output_file_full_name global ptp_file_name global mom_group_name  global mom_oper_program global mom_attr_PROGRAMVIEW_NAME  global mom_attr_PROGRAMVIEW_name global mom_attr_PART_NUMBER  global mom_attr_PART_number global output_file_rename global mom_sys_control_out  global mom_sys_control_in  set co $mom_sys_control_out set ci $mom_sys_control_in     if { ![info exists mom_attr_PROGRAMVIEW_NAME] || \         ![info exists mom_attr_PROGRAMVIEW_name] } { return     } # вместо mom_attr_PROGRAMVIEW_name любая переменная с нужным именем УП # например output_file_rename     if { [info exists output_file_rename] } {         set file_name $output_file_rename     } elseif { [info exists mom_attr_PROGRAMVIEW_NAME] } {         set file_name $mom_attr_PROGRAMVIEW_NAME     } elseif { [info exists mom_attr_PROGRAMVIEW_name] } {         set file_name $mom_attr_PROGRAMVIEW_name     } set new_full_filename "$mom_output_file_directory${file_name}.$mom_output_file_suffix" # закрыть текущий файл MOM_close_output_file $mom_output_file_full_name # копировать с перезаписью существующего файла file copy -force $mom_output_file_full_name $new_full_filename } #        
    • green_fly
    • maxx2000
      Почему бы не избавиться в таком случае от приварных проушин совсем? Например траверса это не цельный двутавр, а два П-образных профиля(швеллера) между которыми вварен лист с отверстиями?  Если траверса не большая 1-1,5 метра, можно согнуть обечайку из 25 прута и внутрь вставить лист с прорезями под крюки, чтобы те цеплялись на обечайку.
    • maxx2000
      Я бы сказал что накопитель это самое медленное что есть в ПК. 25Гб\с это скорость работы DDR3, сравнима с пропускной способностью PCI-e 4.0, т.е. накопители по своей пропускной способности подтянулись к уровню DDR3 только спустя 10 лет. И чтобы там не говорили,  системы на процах 4 поколения с DDR3 памятью всё ещё могут себя показывать на достаточно приличном уровне вопреки синтетическим маркетинговым тестам на которых современные  системы в сотни раз якобы производительней. А на фоне неполноценной многоядерности в приложениях вообще ставят под сомнение преимущества топовых процов
    • Fedor
      Приварите треугольнички поперек проушины, чтобы в зону концентрации приходило меньше нагрузки и все дела... 
    • maxx2000
      в разы но не на порядок. Это опять твои влажные фантазии. На порядок это как минимум в 10 раз.  Когда я занимался обработкой видео  то переезд с SATA HDD на SATA SSD дал мне 2-3 кратный прирост в скорости вывода видеофайла из программы. Речь идёт о монтаже как минимум  2 видеофайлов по 50-70 Гб каждый 1920х1080, расположенных на одном диске и вывод их в итоговый фильм с сжатием на лету на тот же диск, т.е. с 8-10 к\сек до 25 к\сек. Если ты гоняешь мелочёвку по 50-100 Мб, то ты никакого эффекта не увидишь за счёт кеширования в системе, весь эффект только при работе с объёмными файлами, т.е. в несколько гигабайт.
    • maxx2000
      Зачем ты приписываешь мне свои фантазии?  Речь шла о том что на железе 12 летней давности можно полноценно поставить NVME вместо SSD. И что установка NVME не всегда целесообразна потому что эффект будет нулевым и технически проще поставить высококачественный  SSD и получить такой же результат с меньшими телодвижениями. Простой пример. Сейчас полно переходников IDE-SATA но это всё тот же IDE, не больше и не меньше. Значит ли что я уровнял IDE и SATA? настолько надёжны что их производители выпускают обновления микрокодов чтобы процы не дохли.
    • Ветерок
      скорость, скорость... все торопятся, всем надо быстрее... А меня больше интересует надежность. Есть ли данные о том, насколько надежны новые процессоры с бесконечным количеством разнообразных ядер? Кстати, базовая частота у многих новых ниже, чем у старых.
    • Мрачный
      На картинке в шапке темы напряжения по Мизесу (судя по знаку)?  Мизес для дебилов :) Посмотрите напряжения по осям х, у, z, какие там они. Проушина приварена сверху. Быть может, в интересном месте будут огромные напряжения растягивающие вдоль оси траверсы. У вас же ребро нахлобучено сверху балки. Сечение балки будет двутавр с отростком вверх. Вот в этом отростке напряжения вверх и скакнут. У меня в практике было подобное, к коробчатой траверсе приваривались элементы в растянутой зоне над коробкой. Я б постарался вообще избежать этого градиента, сделал бы проушину коробчатой. Это же г/п траверса, а не театральная вешалка. И очень интересно сделано ребро. Так варить, а потом вылизывать шов могут далеко не все.  
×
×
  • Create New...