Online-Designtool beschleunigt die Netzteilentwicklung und optimiert die Stromversorgungslösung

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Thermische Simulation

Das Wärmemanagement stellt einen weiteren kritischen Bereich des Stromversorgungsentwurfs dar. Gestützt auf die traditionellen Berechnungen des Wärmewiderstands θJA lässt sich mithilfe der folgenden Formel eine elementare Abschätzung vornehmen, wie stark sich ein Bauelement erwärmt:

Tj = θJA • Pdiss + Ta

Hierin steht Tj für die Sperrschichttemperatur, θJA ist der Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung, Pdiss ist die Verlustleistung des Bauelements und Ta ist die Umgebungstemperatur.

Dieses Verfahren hat seine Grenzen. Die thermische Simulation einer Leiterplatte kann jedoch weitere Faktoren in Betracht ziehen, die bei der θJA-Technik außen vor bleiben (zum Beispiel die gegenseitige Aufheizung dicht benachbarter Bauelemente auf der Platine). Tritt hierbei ein Problem auf, so lassen sich als Abhilfe bestimmte Parameter (etwa die Kupferfläche oder -dicke) verändern oder es kann eine Zwangsbelüftung vorgesehen werden. Bild 8 gibt die Ergebnisse der thermischen Simulation eines Stromversorgungsreglers wieder. Mit einer dickeren Kupferkaschierung ist es möglich, die Temperatur des Low-Side-FET von 117 auf 68 °C zu senken.

Prototypherstellung und Dokumentation

Hat der Designer die Stromversorgungsschaltung in virtueller Form erstellt und optimiert, ist es dennoch wichtig, einen Prototypen zu bauen und dessen Funktionsfähigkeit in der Realität zu verifizieren. Die Simulation bezieht nämlich nicht unbedingt alle Aspekte ein. Zum Beispiel können das Rauschen, parasitäre Effekte der Leiterplatte und andere Faktoren in den Modellen nicht berücksichtigt werden oder sind zum Zeitpunkt der Simulation nicht bekannt. Mit der „Build It“-Funktion von WEBENCH kann der Entwickler ein individuelles Prototyp-Kit für sein Design beziehen. Hiermit ist ein Prototyp möglich, dessen Leistung im Labor geprüft werden kann.

Das abschließende Dokumentieren eines Designs ist ein zeitraubender Prozess, der von Ingenieuren gern vernachlässigt wird. WEBENCH Designer stellt deshalb einen Design-Report zur Verfügung, der die Design-Spezifikationen, Schaltplan und Stückliste, Betriebsparameter und Diagramme umfasst.

*Jeff Perry ist Senior Manager im WEBENCH-Team von National Semiconductor, Santa Clara.

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