W artykule przedstawiono opis i sposób realizacji symulacji termicznej niskostratnego sterownika bramkowego małej mocy mogącego pracować z częstotliwością sięgającą 30 MHz. Symulacja komputerowa rozkładu temperatur na płytce PCB obwodu drajwera została przeprowadzona w celu określenia maksymalnej, dopuszczalnej temperatury pracy układu. Wyniki przeprowadzonej symulacji termicznej dla stanu ustalonego zostały zweryfikowane na stanowisku badawczym przy użyciu kamery termowizyjnej. W wyniku symulacji termicznej wykonanej w oprogramowaniu ANSYS otrzymano rozkład temperatury na płytce PCB wykonanej z materiału IMS (o podłożu aluminiowym), określono temperatury maksymalne dla układów małej mocy. W wyniku badań laboratoryjnych określono straty mocy w niskostratnym sterowniku bramkowym pracującym dla maksymalnej częstotliwości 30 MHz oraz zweryfikowano otrzymane wyniki symulacyjne.
EN
This paper presents a FEM simulation of low-losses MOSFET driver. This gate driver can run at 30MHz frequency and was made with eight low power MOSFET drivers UCC27256. The steady state thermal simulation was made in ANSYS software used a 3D driver model (figure 6,7) performed in Inventor Professional software. The 3D model of MOSFET driver reflects the properties of the real circuit (figure 5) including: PCB board was made IMS material, low power MOSFET drivers UCC27256 and all other items of driver. The steady state thermal simulation of lowlosses driver 8xUCC27526 was carried out in order to determine the maximum permissible operating temperature of the circuit. Additionally, in this paper presents a temperature distribution of PCB board of MOSFET driver (figure 11), maximum temperature of PCB board (figure 12,13) and characteristic of power losses for MOSFET driver for frequency range from 10 MHz to 30 MHz (figure 10). The results of FEM thermal simulation were compared to real infrared photo (figure 17) which was made for a maximum operating frequency 30MHz.
In this paper an extension of thermal influence coefficients method to frequency domain has been presented. The method allowed the steady-state analysis of three-dimensional heat flow in multilayered structures. The presented modelling is based on Fourier and Hankel transforms, two-port network theory and correction coefficients for close-area distances, allowing emulation of finite heat sources by infinitesimal ones.
Thermal issues in today's VLSI circuits are under intensive research due to technology scaling and increasing power density. Nowadays, more than a half of IC failures is caused by exceeded heating of a semiconductor structure. Therefore, it is necessary to constantly develop accurate methods capable of predicting temperature profile inside the chip structure. We propose a model to obtain variation of temperature in digital CMOS ICs, resulting from dynamic power dissipation. A gate-level logic simulator prepared by authors is coupled with temperature calculation method based on analytical solution of the heat equation. Planar heat sources are represented by a finite area and images method is used to apply proper boundary conditions. Temperature and its influence on propagation delay is calculated in consecutive steps of a simulation. Use of logic simulation instead of circuit-level simulation enables us to save computation time. Moreover, the analytical solution does not have drawbacks specific for numerical methods, e.g. it is not needed to use a mesh. The proposed method let us also observe fast changing temperature variations and propagation delay fluctuations within a small range of time. Ring oscillator circuits were used to show proper operation of implemented software application. Simulations were made for a generic 90 nm technology using basic digital circuits.
PL
Zjawiska cieplne we współczesnych układach VLSI wymagają intensywnych badań naukowych ze względu na postępującą miniaturyzację oraz rosnące gęstości mocy traconych w przyrządach. Szacuje się, iż ponad połowa uszkodzeń układów mikroelektronicznych jest powodowana przez nadmierne nagrzewanie struktury półprzewodnikowej. Z tego względu konieczne jest stałe rozwijanie metod pozwalających na oszacowanie profilu temperatury wewnątrz układu. Autorzy proponują model pozwalający określić zmiany temperatury w cyfrowych układach CMOS wywołane stratami dynamicznymi mocy. Został przygotowany symulator logiczny na poziomie bramek sprzężony z mechanizmem wyznaczania temperatury opartym na analitycznym rozwiązaniu równania transport ciepła. Źródła ciepła są ograniczane skończoną powierzchnią, a w celu wprowadzenia warunków brzegowych zastosowano metodę obrazów (ang. Mirror Images Metod). Temperatura oraz jej wpływ na czas propagacji stanów logicznych są znajdowane w kolejnych krokach symulacji. Prawidłowość pracy symulatora została zbadana z użyciem układów oscylatorów pierścieniowych. Symulacje przeprowadzono dla technologii 90 nm.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaproponowano uproszczony model numeryczny zjawisk cieplnych w nagrzewanym indukcyjnie wirującym walcu. Model taki ma za zadanie odwzorowywać dynamikę zmian cieplnych zachodzących pod oraz pomiędzy strefami grzejnymi, które są przyczyną identyfikowanych sprzężeń cieplnych. Wstępnie zaproponowano model o 3 strefach grzejnych, który zweryfikowano w oparciu o badania na rzeczywistym obiekcie. Stało się to podstawą do rozbudowania modelu o kolejnych sześć stref, co pozwoliło na bardziej szczegółową analizę sprzężeń cieplnych stref oddalonych od siebie.
EN
In the paper the simplified numerical model of the thermal phenomena in the induction heated rotating cylinder has been proposed. The main purpose of these model is to imitate the dynamic heat changes under and between the heating zones, which cause identified thermal coupling. In the first, the numerical model with 3 heating zones has been proposed and verified with real laboratory model. It was basis for developing the model to 6 heating zones, what gives possibility to more accurate analysis of thermal coupling between heating zones.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.