НИУ ВШЭ: расчеты перегрева электроники ускорены в 10 раз

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.