Análise eletrotérmica e eletromagnética de placas de circuito impresso com alta densidade de potência utilizando engenharia assistida por computador
Resumen
O objetivo deste trabalho é utilizar a engenharia assistida por computador (Computeraided engineering – CAE) para simular o comportamento eletrotérmico e eletromagnético de placas de circuito impresso (PCIs) com alta densidade de potência. As PCIs são amplamente utilizadas em diversos equipamentos eletrônicos e sua confecção requer a aplicação de boas práticas. A utilização da CAE para prever o comportamento térmico e eletromagnético de uma PCI é uma solução inteligente para minimizar retrabalhos decorrentes de problemas de temperatura e compatibilidade eletromagnética (Electromagnetic Compatibility - EMC), pois permite avaliar diferentes cenários com custos reduzidos. Neste trabalho serão apresentados dois modelos de PCIs de um mesmo circuito, cada um com características distintas. A primeira PCI é projetada com o intuito de oferecer uma melhor eficiência térmica ao circuito, enquanto a segunda busca otimizar a eficiência eletromagnética. Ambos os modelos de PCI utilizam a topologia de um conversor Boost Síncrono de 100W, que opera a uma frequência de comutação de 350kHz. Esses modelos serviram como exemplos práticos para validar as simulações de desempenho térmico e eletromagnético. Os resultados das simulações revelaram diferenças significativas entre os dois modelos de PCIs. A PCI de 2 camadas demonstrou uma notável capacidade de dissipação de calor, tornando-a adequada para aplicações que exigem uma gestão eficaz de temperatura. No entanto, ela apresentou uma menor eficiência na condução elétrica, o que deve ser levado em consideração em aplicações sensíveis à perda de energia. Por outro lado, a PCI de 4 camadas exibiu uma capacidade inferior de dissipação de calor, sugerindo que pode não ser a melhor escolha em situações de alta densidade de potência. No entanto, ela se destacou pela sua maior eficiência na condução elétrica, tornando-a ideal para aplicações que demandam uma transmissão eficaz de energia. Além disso, essa PCI demonstrou uma notável capacidade de mitigar interferências eletromagnéticas, o que é fundamental em ambientes onde a EMC é uma preocupação crítica. Através dessas simulações, desenvolveu-se um roteiro que possa identificar possíveis soluções em PCI, agilizando e otimizando o desenvolvimento do projeto, com práticas que visem minimizar problemas de gerenciamento térmico e compatibilidade eletromagnética, bem como outros problemas comuns em PCIs de alta densidade de potência. Esse modelo de análise permitirá identificar com mais facilidade soluções e melhorias práticas para a construção de PCIs com alta densidade de potência, visando a melhoria do gerenciamento térmico e da compatibilidade eletromagnética, além de contribuir para um desenvolvimento mais eficiente e otimizado desses dispositivos.
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