Новая разработка ученых ВШЭ поможет быстрее и дешевле спроектировать надежную электронику
Российские ученые из МИЭМ ВШЭ разработали новый подход к моделированию электротепловых процессов в мощных электронных схемах на печатных платах. Они научились быстро и точно рассчитывать, как нагреваются электронные компоненты во время работы, чтобы заранее предотвращать их перегрев и поломку. Результаты работы опубликованы в журнале Russian Microelectronics.
При работе электродвигателей или другого оборудования их электронные детали (особенно транзисторы) сильно нагреваются, потому что при прохождении тока неизбежно выделяется тепло. Когда происходят резкие перепады температуры при включении и выключении устройства, параметры транзисторов меняются, и техника может выйти из строя.
Чтобы этого избежать, важно уметь прогнозировать, как именно будет нагреваться и остывать электронный компонент в реальных условиях работы. Это позволяет правильно спроектировать устройство, условия охлаждения компонентов, снизить нагрузку на элементы и продлить срок службы техники.
Сегодня для прогнозирования перегрева техники инженеры используют два основных подхода. Первый — подробное численное 3D-моделирование тепловых процессов на основе пакетов ANSYS, Flotherm, Comsol и других. Такой метод обеспечивает высокую точность, но требует значительных вычислительных ресурсов и времени. Второй — расчет в SPICE-симуляторах с упрощенными тепловыми моделями компонентов и условий охлаждения. Он выполняется быстрее, но требует затрат времени на формирование электротепловых моделей и не всегда учитывает реальные особенности конструкции печатной платы и системы охлаждения.
Ученые предложили объединить преимущества обоих методов. Они создали многоуровневую автоматизированную систему, в которой пакет Comsol используется для моделирования полупроводниковых приборов вместе с корпусами и уточнения тепловых моделей корпусов компонентов, SPICE — для анализа электрической схемы, содержащей описания электрической и тепловой частей, а «АСОНИКА-ТМ» — для моделирования нагрева печатной платы и расчета температур компонентов. Дополнительно они разработали специальные программные инструменты, которые автоматизируют расчет мощностей компонентов и передают данные о температурах компонентов между различными модулями расчета. То есть они связали разрозненное программное обеспечение между собой дополнительными модулями, чтобы ускорить расчеты. В итоге скорость формирования электротепловых моделей мощных компонентов для расчетов электротепловых процессов выросла в 5–10 раз по сравнению с ручным формированием электротепловых схем.
Новую методику сотрудники МИЭМ ВШЭ протестировали на реальной печатной плате драйвера для управления шаговым двигателем. Это устройство, которое заставляет двигатель вращаться с нужной скоростью. На этой плате установлены мощные MOSFET-транзисторы, которые сильно нагреваются при работе. Результаты моделирования тепловых режимов схемы сравнили с данными тепловизионных измерений, и они были близки.
Игорь Харитонов
«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», — заключил 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», — подчеркнул Игорь Харитонов.
Новая методика позволяет инженерам быстрее находить слабые места в конструкции, корректировать системы охлаждения и повышать надежность техники. Это особенно важно для промышленного оборудования, силовой электроники, транспорта и других систем, где отказ компонентов может привести к серьезным последствиям.
Исследование выполнено в рамках проекта НИУ ВШЭ «Цифровая трансформация: технологии, эффекты, эффективность» программы «Приоритет-2030».
Вам также может быть интересно:
В НИУ ВШЭ создан Фонд науки и технологий
Фонд науки и технологий НИУ ВШЭ (ФНТ) будет финансировать перспективные научные инициативы, имеющие прикладную направленность и содействующие достижению технологического лидерства России. На поддержку могут рассчитывать проектные команды из всех кампусов университета. Заявку в ФНТ можно подать в любой момент. Рассматривать заявки будет созданный Совет по науке и технологиям НИУ ВШЭ.
Нейросеть НИУ ВШЭ iFORA.LLM включена в Реестр российского программного обеспечения
Адаптированная большая языковая модель для сферы науки, технологий и инноваций (далее — iFORA.LLM, модель), разработанная экспертами Института статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ, включена в Реестр российского ПО. Модель создана для эффективного анализа массивов научно-технической информации — от поиска релевантных публикаций до оценки технологических трендов и формирования аналитических отчетов.
Новый метод НИУ ВШЭ и Т-Технологий повышает качество работы ИИ
Ученые из лаборатории научных исследований «Т-Технологий» и Института искусственного интеллекта и цифровых наук факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ разработали новый метод семплирования для моделей маскированной диффузии — G-Star+. Он помогает быстрее и качественнее исправлять ошибки во время генерации текста и кода за небольшое число шагов. Метод показал эффективность в задачах генерации текста и кода и может применяться там, где генеративным моделям нужно быстро и качественно создавать текст или код при ограниченных вычислительных ресурсах.
Студенты МИЭМ ВШЭ разработают два спутника собственной конструкции для орбитальных экспериментов
Аппараты, созданные студенческими командами, проведут в условиях космоса исследования свойств перспективных солнечных элементов, бортовых систем накопления энергии и серийной электроники для студенческих спутников.
В Вышке открыли проектно-учебную лабораторию совместно с Группой «Т-Технологии»
Группа «Т-Технологии» (головная структура Т-Банка) открыла проектно-учебную лабораторию на базе факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ (ФКН НИУ ВШЭ). Проектно-учебная лаборатория Группы «Т-Технологии» в НИУ ВШЭ сосредоточится на проектах и задачах в области искусственного интеллекта, распределенных вычислений, анализа больших данных и информационной безопасности в финансовом секторе. Лабораторию возглавит Алексей Теплов, кандидат физико-математических наук.
В НИУ ВШЭ создали базу данных по производственным цепочкам мирового ВПК
Институт мировой военной экономики и стратегии (ИМВЭС) НИУ ВШЭ разработал новый аналитический инструмент для изучения оборонной промышленности зарубежных стран. База данных «Производственные цепочки мирового ВПК» показывает взаимосвязи между производителями на разных уровнях — от конечных систем до комплектующих.
Институт робототехнических систем ВШЭ запустил научно-технический семинар
Институт робототехнических систем (ИРС) ВШЭ запустил новый ежемесячный формат — Научно-технический семинар. Он объединяет сотрудников института, приглашенных экспертов, студентов, исследователей и представителей других подразделений НИУ ВШЭ для обсуждения актуальных задач мехатроники, робототехники и киберфизических систем.
В НИУ ВШЭ разработали сервис обезличивания табличных данных для безопасного использования в ИИ-системах
Институт искусственного интеллекта и цифровых наук ФКН ВШЭ разработал сервис обезличивания табличных данных, предназначенный для подготовки корпоративных данных к использованию в аналитических и ИИ-сервисах. Решение позволяет выявлять персональные данные в структурированных наборах, применять к ним воспроизводимые правила обезличивания и формировать артефакты, необходимые для контроля качества, аудита и последующего использования данных в защищенных контурах.
«Дни компьютерных наук год от года становятся масштабнее, и это отражает развитие ФКН»
Прошедший недавно в корпусе НИУ ВШЭ на Покровке фестиваль «Дни компьютерных наук» (ДКН) стал главной точкой притяжения для всех, кто интересуется технологиями. Событие, организованное факультетом компьютерных наук (ФКН) Вышки совместно с партнерами, собрало около трех тысяч участников: студентов, абитуриентов, выпускников, преподавателей и экспертов индустрии.
МИЭМ ВШЭ и АО «Нанотроника» запускают совместную мастерскую электронного машиностроения
Под руководством экспертов компании студенты будут решать задачи, связанные с улучшением характеристик устройств для электронного машиностроения. Среди них — моделирование физических и технологических процессов, расчет, конструирование и автоматизация систем, подсистем и элементов технологического и контрольно-измерительного оборудования, сбор данных, метрологические задачи.