热仿真分析的输入条件和器件功耗准确性.docx

热仿真分析的输入条件和器件功耗准确性我们做热仿真分析的时候，需要给到仿真工程师或者说需要收集哪些输入条件呢？大致的流程和输入信息如下：首先，需要明确项目的信息，以及需要对方输出的结果，也就是仿真的明确需求，比如确认芯片的最高结温、铜排的温度、母线电容的芯子温度其次，需要提供3D数模，以及零部件的材料信息（密度、导热率、比热容等）。最后，再提供产品的边界条件，如环境温度、器件功耗等。但从热设计/分析的角度去理解每个子系统和设备的功能和特性也是很重要的。在为特定设计或应用挑选器件时，还需要了解器件的最大额定值（例如工作环境温度范围、功耗、结温、热阻等）。典型的系统级热分析首先考虑电路板、设备和外壳（盖子等）。对于PCB板上的重要以及功耗大的器件，我们需要列表清晰表达出来，如MoSFET、MCU等，标识出它们在PCB上的位置，大小，功耗，RjC以及本身的TjmaX。系统级热分析一般需要提供以下输入，当然有些是结构工程师提供，有些则需要硬件工程师提供，下面七条可供参考：1 .三维数模的装配文件（格式STP/XT等）：它有助于了解产品各系统部件的相对位置、PCB板的尺寸、外壳、盖子以及其他几何特性，这些方面从热的角度来看是重要的；（功率器件最好能够建立详细的三维模型：铜层、绝缘层、引线端子等）2 .各零部件的材料信息（如刚开始说的那些应该就可以了）；3 .产品运行的外部环境温度；4 .元器件详细信息：所有器件的真实功耗水平；5 .PCB板详细信息：铜层数、每层铜的重量、每个铜层的覆盖率相对于板的占地面积；6 .热过孔细节（如有）：每个器件下方的过孔数量、孔的内径和外径；7 .如果有主动散热装置，那么散热条件也需要提供：如液冷的电控，需要提供额定的液体温度、流体的材料特性（动态粘度系数等）以及流速信息。止匕外，有时候硬件工程师给出的功耗到底符不符合实际情况呢？通常在一个产品中，许多器件在任何给定的时间都处于开启状态，而其中有一些器件则处于关闭状态。根据产品的功能，这些器件在一段时间内可能会多次切换状态。这就给硬件工程师提供在任何给定时间内计算真实的功耗创造了复杂的条件。当遇到这个问题时，典型的反应是计算所有部件的最坏的功耗情况。止匕外,通常情况下，我们需要针对高电压条件进行设计，因此，硬件工程师考虑了高电压、高电流和所有设备开启的最坏组合，以提供系统中可能出现的理论上最高的稳态功耗。不幸的是，这种方法可能会导致严重的热过度设计。止匕外，当系统模块在台架上或在环境室设置中进行测试，发现封装上的实际测量温度并没有像使用最坏情况功率值的热仿真分析预测时的那么高。事实上，在许多情况下，可以观察到测量的实际温度远低于预测值。标称功耗估计是最有用的，应用作进行进一步分析的基本场景。它应基于产品规格书的标称电压和电流条件，或可根据经验所知。使用蒙特卡罗方法或其他统计方法的估计也可以作为补充情景提供，但不能作为主要基本情景。那难道我们就不考虑WorStCaSe情况下的功耗了吗？不，实际上还是要考虑的。我们需要硬件工程师提供一份详细的清单，列出产品可能发生的实际功耗瞬时最大情况（功耗值和持续时间）。然后，仿真分析人员将能够分析和模拟此类不同的场景，并报告输出的结果，从而我们可以判断这些瞬时的功率最大情况，到底会不会超温。最后，热测试还是需要做的，目的就是需要验证仿真模拟的结果、估计设备的实际功耗、基于实际功耗微调仿真计算模型。判断器件的实际功耗是否显著高于或低于在设计阶段估计的值或在模拟中使用的值，以及了解在系统中实际使用的器件的结温度也是非常重要的。