cart.general.title

Tin tứcNgày: 31-12-2020 bởi: Mai Thanh Tâm

TƯƠNG LAI CỦA THIẾT KẾ NHIỆT - PHÂN TÍCH NHIỆT ĐIỆN SỚM HƠN

Trong một cuộc thảo luận tại Hội thảo Công nghệ Nhiệt SEMI-THERM gần đây về ’’Tương lai của Thiết kế Nhiệt’’, một trong những diễn giả đã tưởng tượng về một tương lai nơi “Các tệp spice điện và tệp spice nhiệt có thể được sử dụng cùng nhau cho thiết kế hệ thống điện nhiệt đồng thời ban đầu”. Giải thích của tôi về phát biểu này là bây giờ và trong tương lai, các hệ thống điện và nhiệt phải được thiết kế chung thành một, việc tiếp tục hoạt động trong các silo điện và nhiệt sẽ ngày càng mang đến sự kém hiệu quả, sai sót, phải hoạt động lại và nhiều rủi ro.

Thiết kế điện-nhiệt: Mô hình thứ tự giảm không phụ thuộc vào điều kiện biên là gì?

Tại thời điểm diễn ra hội nghị này, quy trình làm việc về điện-nhiệt-spice đơn giản là không thực tế theo nghĩa chung. Mặc dù các tệp spice nhiệt thực sự tồn tại, không giống như các tệp spice điện, chúng chỉ có thể được tạo ra để sử dụng trong một môi trường nhiệt cố định duy nhất. Điều quan trọng cần lưu ý là cho đến gần đây, chưa có phương pháp nào được xác định để tạo tệp spice nhiệt với độ chính xác đã biết ở bất kỳ chu kỳ năng lượng hoạt động nào hoặc thậm chí để hỗ trợ nhiều nguồn nhiệt trong một thiết bị. Sự ra đời của xuất netlist nhiệt từ Simcenter Flotherm 2020.1 vào mùa hè đã giải quyết được vấn đề về độ chính xác và đa nguồn nhiệt, nhưng vẫn còn hạn chế về môi trường nhiệt duy nhất.

Bây giờ tất cả đã thay đổi. Bản phát hành gần đây của Simcenter Flotherm 2020.2 có thể xuất các Mô hình thứ tự giảm không phụ thuộc Điều kiện biên FANTASTIC1 (BCI-ROM) ở định dạng IEEE Standard 1076.1 VHDL-AMS, làm cho nó tương thích với nhiều công cụ mô phỏng mạch sơ đồ chức năng và 1D. Bộ phận BCI của tên là cực kỳ quan trọng. Nó có nghĩa là mô hình sẽ giữ được độ chính xác trong bất kỳ môi trường nhiệt nào. Đây là phiên bản chính xác, di động của “tệp spice nhiệt” trong tương lai được mô tả ở trên, mặc dù nó có tên khác.

Vậy bây giờ điều gì có thể xảy ra? BCI-ROM nhiệt trong VHDL-AMS có thể kết nối trực tiếp với các phần tử mạch điện. Mạch nhiệt được hiển thị bên dưới sẽ truyền nhiệt độ cho phần tử mạch điện và mạch điện sẽ gửi điện trở lại. Đây thực sự không phải là phương pháp tiếp cận mô phỏng đồng thời ‘’qua lại’’. Các mạch nhiệt và điện được xử lí đồng thời vì chúng được mô tả bằng cùng một ngôn ngữ.

Một Simcenter Flotherm BCI-ROM trong môi trường mô phỏng mạch: kết nối mô hình mạch nhiệt và điện

Chuỗi cung ứng mô hình nhiệt và BCI-ROM kết nối

Chuỗi cung ứng mô hình được thiết lập tốt dành cho thiết kế điện. Ngày nay, việc yêu cầu và nhận các mô hình trạng thái của các thiết bị (ở định dạng spice hoặc VHDL-AMS) trở nên phổ biến như một phần của quy trình thiết kế điện chức năng. Các mô hình điện này có tính di động, tức là chúng sẽ tương tác tốt với bất kỳ linh kiện nào khác trong sơ đồ chức năng và có thể được sử dụng bởi nhiều công cụ mô phỏng. Điều này cũng đúng với các mô hình nhiệt, nhờ vào bản chất BCI của các BCI-ROM nhiệt này và việc triển khai chúng trong VHDL-AMS, một định dạng tiêu chuẩn IEEE. BCI-ROM nhiệt có thể được đặt trong bất kỳ điều kiện/ môi trường nhiệt nào và gửi phản hồi lại chính xác, được sử dụng bởi bất kỳ công cụ mô phỏng nào hỗ trợ VHDL-AMS.

Ví dụ, một nhà cung cấp chất bán dẫn hiện có thể hỗ trợ khách hàng của họ bằng cách cung cấp cả tệp spice điện và BCI-ROM nhiệt. Khách hàng có thể tạo BCI-ROM nhiệt của PCB, kết nối chúng với nhau và với BCI-ROM nhiệt khác cùng các mô hình điện để nhanh chóng lắp ráp một biểu đồ chức năng cho sản phẩm của họ để nắm bắt tất cả các trạng thái điện nhiệt.

Ảnh minh hoạ sơ đồ chức năng của trạng thái điện nhiệt

Một sơ đồ chức năng nhiệt điện chính xác có sẵn trong quá trình thiết kế sẽ kết hợp thiết kế nhiệt và điện cho phép thiết kế đồng thời ở cấp hệ thống. Thiết kế điện được hưởng lợi từ sự hiểu biết ngay từ đầu về chức năng điện và hiệu suất của sản phẩm sẽ bị ảnh hưởng như thế nào bởi sự chênh lệch nhiệt độ. Nhà thiết kế nhiệt được hưởng lợi khi có được quyền truy cập vào các giá trị tiêu tán công suất chính xác sớm hơn nhiều trong quá trình thiết kế, phát hiện sớm những linh kiện nào có thể cần tác động nhiệt để khắc phục và khả năng thiết kế chiến lược kiểm soát công suất ngay từ đầu.

Điều khiển nguồn điện thoại thông minh, điều chỉnh nhiệt độ - Ví dụ về điện tử kỹ thuật số

Hãy xem ví dụ về cách nguồn điện này hoạt động với Simcenter Flotherm, phần mềm làm mát thiết bị điện tử, tạo BCI-ROM từ các mô hình nhiệt 3D và sử dụng chúng trong SystemVision Cloud, phần mềm mô phỏng mạch. Bạn có thể thử ví dụ mô phỏng mạch điện nhiệt trong liên kết bên dưới, nhưng trước tiên hãy xem có những gì trong đó.

Mô hình minh hoạ là một thiết kế điện nhiệt của một điện thoại thông minh với một thuật toán điều phối năng lượng được xác định. Đây là ứng dụng tương tự mà đồng nghiệp Mike Donnelly của tôi đã viết đầu năm nay, nhưng lần này mạch nhiệt được xây dựng với các BCI-ROM nhiệt được kết nối thay vì một netlist nhiệt duy nhất.

Mô hình nhiệt 3D của bộ xử lý và BCI-ROM

Trước tiên, chúng ta hãy tập trung vào bộ xử lý. Trong Simcenter Flotherm, mô hình bộ xử lý trông giống như sau:

Bộ xử lý Simcenter Flotherm Mô hình nhiệt 3D - hiển thị các vùng nguồn nhiệt

Có ba vùng nguồn nhiệt được đặt tên trên khuôn: CPU, GPU và Khả năng kết nối. Có hai ranh giới xác định mà từ đó nhiệt có thể thoát ra khỏi mô hình: đỉnh và đáy. Khi mô hình Flotherm này được chuyển đổi thành BCI-ROM nhiệt FANTASTIC và được nhập vào SystemVision Cloud, nó sẽ giống như thế này.

FANTASTIC nhiệt BCI-ROM của bộ xử lý (do Simcenter Flotherm tạo ra) trong SystemVision Cloud

Mỗi nguồn nhiệt có một kết nối nhiệt để mang thông tin về nguồn và nhiệt độ, cũng như đối mặt với mỗi ranh giới xác định. Lưu ý rằng mỗi mặt biên yêu cầu xác định điện trở nhiệt (R). Xem thêm thông tin bên dưới.

BCI-ROM sau đó được kết nối với mạch điện, thiết lập kết nối nhiệt độ công suất và cũng được kết nối với phần còn lại của mạch nhiệt. Mỗi kết nối với mặt biên nhiệt yêu cầu đầu vào của người dùng cho điện trở nhiệt giữa BCI-ROM và đối tượng nhiệt tiếp theo trong mạch. Đây là cách các Điều kiện biên của BCI-ROM phát huy tác dụng. Trong ví dụ này, mặt đáy của bộ xử lý được kết nối trực tiếp với vị trí thích hợp trên PCB BCI-ROM với Rth_Bottom = 0,05 K / W (giả sử rằng một điện trở nhiệt nhỏ giữa đáy của một linh kiện và bo mạch thường là hợp lý). Mặt trên của bộ xử lý cũng có mặt biên Rth. Điều này thường đại diện cho kết nối với tản nhiệt, luồng không khí, v.v., nhưng trong trường hợp này, nó thể hiện kết nối trực tiếp với vỏ điện thoại thông qua vật liệu giao diện nhiệt (Rth_Top = 0,2 K/W) giữa nắp bộ xử lý và vỏ.

Ngoài bộ vi xử lý, hai chip nhớ được bao gồm dưới dạng BCI-ROM nhiệt, và cuối cùng là ‘‘phần còn lại’’ của điện thoại thông minh (chứa PCB, pin, màn hình, cảm biến nhiệt độ và vỏ điện thoại) được bao gồm dưới dạng một BCI-ROM khác. Lưu ý rằng các mặt biên BCI-ROM nhiệt của các linh kiện được kết nối trực tiếp với các nguồn nhiệt BCI-ROM PCB tương ứng. Điều này chỉ định rằng nhiệt thoát ra ở các linh kiện sẽ đi vào BCI-ROM ‘‘PCB và vỏ điện thoại‘’ tại vị trí vật lý chính xác, và sau đó di chuyển chính xác trong BCI-ROM đó trước khi đến nhiệt độ môi trường xung quanh.

BCI-ROM được kết nối với nhau và tham chiếu với nhiệt độ môi trường xung quanh

Điện trong mạch có ba mục cần lưu ý:

  1. ‘‘Nguồn điện kỹ thuật số’’ VHDL-AMS. Mô hình công suất kỹ thuật số là một minh hoạ trừu tượng về hoạt động tiêu tán công suất của bất kỳ vi mạch kỹ thuật số có xung nhịp nào. Công suất tiêu tán tức thời là một hàm của điện áp đặt vào tần số xung nhịp, trạng thái hoạt động và nhiệt độ. Người dùng có thể chỉ định các giá trị danh nghĩa cho các tham số này và mô hình tự động điều chỉnh mức tiêu tán công suất khi chúng thay đổi trong quá trình mô phỏng tạm thời.
  2. Định nghĩa trạng thái hoạt động. Đối với ví dụ này, hệ thống ở chế độ chờ trong 100 giây, sau đó ở chế độ hoạt động trong 1500 giây.
  3. Bộ điều khiển quản lý nhiệt động (DTM). Thuật toán dữ liệu mẫu đang cố gắng giữ nhiệt độ cảm biến (ngay trên bộ xử lý trên vỏ điện thoại) trong khoảng 40 ° C đến 45 ° C. Nó thực hiện điều này bằng cách điều chỉnh tốc độđồng hồ trên thế giới theo cách đơn giản:
  • Nhiệt độ cảm biến quá nóng? Giảm một nửa tần số đồng hồ.
  • Cảm biến Nhiệt độ quá lạnh? Nhân đôi tần số đồng hồ.

Công suất mô phỏng mạch điện nhiệt tạm thời giúp điều khiển sự nhận biết

Bộ điều khiển DTM phản hồi như hình dưới đây. Sự phân tán điện năng tăng lên từ "chế độ hoạt động" ở tần số xung nhịp tối đa khiến nhiệt độ cảm biến vượt quá 45 ° C ở ~ 750 giây kích hoạt phản ứng điều khiển điều chỉnh nhiệt. Bộ điều khiển DTM giảm một nửa tần số theo phản ứng, giảm tiêu hao điện năng và nhiệt độ cảm biến, đồng thời giảm hiệu suất của phần mềm hoạt động.

Tự khám phá bằng cách sử dụng BCI-ROM được tạo bởi Simcenter Flotherm, trong SystemVision Cloud

Thiết kế Đám mây SystemVision được liên kết với bên dưới. Có một vài thông số (tìm các hộp màu xanh lam) có sẵn để thay đổi trực tiếp.

Lưu ý - Những điều cần thử:

Xác định tác động đến hiệu suất của thiết bị khi loại bỏ đường dẫn nhiệt từ đỉnh bộ xử lý đến vỏ điện thoại bằng cách đặt Rth_Top = 50 K/W

Nhận xét: điều này làm cho nhiệt độ của Bộ xử lý rõ ràng là cao hơn nhiều nhưng nó cũng tạo ra phản ứng nhiệt chậm hơn với sự thay đổi công suất của bộ xử lý. Trong tình huống này, bộ điều khiển DTM giảm một nửa tần số xung nhịp xuống 3 lần trước khi nhiệt độ cảm biến giảm xuống dưới 45 ° C tạo ra trải nghiệm dùng thử không đồng đều cho người dùng.

Xác định tác động của việc thay đổi công suất tiêu thụ danh định cho CPU thành 2W.

Thử các giá trị khác nhau cho bộ xử lý DTM, nhiệt độ tối đa và tối thiểu, thời gian lấy mẫu.

Ví dụ về SystemVision Cloud: https://www.systemvision.com/node/388554

Ví dụ về điện thoại thông minh SystemVision Cloud với Simcenter Flotherm VHDL-AMS BCI-ROMs

Lưu ý thêm, để truy cập thiết kế tương tác đầy đủ, hãy nhấn vào nút ''Chỉnh sửa trong SystemVision Cloud’’, cùng tạo bản sao của thiết kế và khám phá ngay!

Nguồn: Siemens



Tag

NX CAD iPad Pro kĩ thuật đắp dần phần mềm phân tích thiết kế (Direct Metal Laser Sintering) công nghệ hỗ trợ xây dựng Solvay Smart Expert Partner nx bản quyền Manufacturing tecnomatix ProCAD MX3D Siemens NX AM DMLS Cinema 4D Release 19 (R19) Aerojet Rocketdyne. kính thực tế ảo im imachining phanmemgiacongchitiet mBOM Shapr3D Oudezijds Achterburgwal công nghệ thông minh envelope set FEA - Finite element analysis siemens plm software Mua phần mềm nx phamemgiacong Digitaltransformation technomatic tối ưu hóa FEM / BEM động cơ tên lửa RL10 cad phần mềm bản quyền siemensvietnam plm AI 3D ManufacturingBillofMaterial Solid Edge 2021 in 3D Server Administrator HP Multi Jet Fusion tiếng ồn xe lửa Solid Edge Callaway Golf digital manufacturing solution phần mềm nx Teamcenter administrator thiết kế thông minh alm digitalization AUGMENTED REALITY firewire smart design engineering Simcenter Nastran giacongchitiet simulation SolidEdge bản quyền Giải pháp quản lý vòng đời sản phẩm CAD ADDITIVE MANUFACTURING SOFTWARE IBC 2017 Google ATAP (Advanced Technology and Projects) IN 3D SDE tin hay công nghệ CNC Router trí tuệ nhân tạo thực tế ảo công nghiệp 4.0 Manufacturing PLM platform Analytics technology NXCAE Integrate trituenhantao IndustrialAutomation TransformingManufacturing CAM Phần Mềm Teamcenter Animation Designer P&ID 3D print Internet of Things Association for Manufacturing Excellence AME dassault falcon NX 12 jk machining nx cad SIEMENS PLM SOFTWARE CÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC phần mềm phân tích thiết kế plm Next-Generation Teamcentershare bansaokythuaso KỸ THUẬT ĐẢO NGƯỢC Anatomics mắt kính thông minh active workspace Smart Design manufacturing CAE Simcenter Amesim NXCAM ALM NX Giải pháp quản lý nhà máy Database Administrator SẢN XUẤT ĐẮP DẦN MAXON cloud environment sde ADDITIVE MANUFACTURING stratasys Evolite SDE VIỆT NAM giacong CFDsimulation Simulation CapitalE/ESystems productlifecyclemanagement artificialintelligence DigitalTwin Oventus Medical ESI VA One RESULT ENVELOPE Latécoère sản xuất thông minh IOT SDE VIETNAM NX VIỆT NAM Simcenter 3D hightech Mua phần mềm bản quyền phần mềm CAM dùng thử nx phavo eBOM CFD PLM Siemens PLM Software Engineering.com mô phỏng Big Data Mô phỏng CFRP vn princess yatch hichtechnology EngineeringBillofMaterial fantasticmethod Xcelerator teamcenterassistant NX12 HP artificial intelligence application lifecycle management 3D PRINTING black diamond Michigan Solar Car plm software Simcenter STAR-CCM+ NXCAD giá phần mềm nx dandau integratedassembly modernlife Designtools Tech Soft 3D tính năng Thiết kế mô hình hội tụ cầu thép 3D CINEMA 4D công nghệ in 3D change management giải pháp nhà máy Electra Meccanicav simcenter Cloudcollaboration Nhà phân phối xương sườn 3D CSIRO Kickstart in 4D siemens deployment center ARTIFICIAL INTELLIGENCE nx cam teamcenter SINEMA Remote Connect PartManufacturing integratedassemblyplanning ERP Capital