Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Problemy termiczne w układach elektronicznych
Course of study:
2014/2015
Code:
IET-1-620-s
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
6
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Kos Andrzej (kos@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Bratek Piotr (bratek@agh.edu.pl)
dr inż. Ireneusz Brzozowski (brzoza@agh.edu.pl)
Dziurdzia Piotr (dziurdzi@agh.edu.pl)
Module summary

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Student potrafi pracować zespołowo. ET1A_K06, ET1A_K04 Activity during classes
M_K002 Student godnie reprezentuje środowisko inżynierii technicznej. ET1A_K05, ET1A_K03 Activity during classes
Skills
M_U001 Student umie oszacować wydajność obliczeniową procesora numerycznego przetwarzającego informację elektronowo na podstawie jego systemu chłodzenia. ET1A_U12, ET1A_U07 Activity during classes
M_U002 Student potrafi ocenić wpływ warunków środowiska na skuteczność chłodzenia systemu elektronicznego. ET1A_U07, ET1A_U22 Activity during classes
M_U003 System potrafi zaprojektować prosty system harwestingowy ET1A_U12, ET1A_U06, ET1A_U01 Activity during classes
M_U004 Student potrafi zaprojektować system chłodzenia układu elektronicznego stosownie do jego zastosowania. ET1A_U14, ET1A_U15, ET1A_U22 Activity during classes
Knowledge
M_W001 Student wie co jest przyczyną powstawania start energii w układach elektronicznych ET1A_W12, ET1A_W05, ET1A_W02 Activity during classes
M_W002 Student wie na czym polega projektowanie energooszczędnych układów analogowych i cyfrowych ET1A_W13, ET1A_W15, ET1A_W14, ET1A_W12 Activity during classes
M_W003 Student wie jak redukować zbędna energię strat cieplnych w układach analogowych i cyfrowych. ET1A_W16, ET1A_W05, ET1A_W02 Activity during classes
M_W004 Student posiada wiedzę na temat sposobów odprowadzania ciepła z układów i wykorzystywania go do zwrotnego zasilania tych układów (harwestingu). ET1A_W21, ET1A_W05, ET1A_W02 Activity during classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Student potrafi pracować zespołowo. + - - - - - - - - - -
M_K002 Student godnie reprezentuje środowisko inżynierii technicznej. + - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student umie oszacować wydajność obliczeniową procesora numerycznego przetwarzającego informację elektronowo na podstawie jego systemu chłodzenia. + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi ocenić wpływ warunków środowiska na skuteczność chłodzenia systemu elektronicznego. + - + - - - - - - - -
M_U003 System potrafi zaprojektować prosty system harwestingowy + - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi zaprojektować system chłodzenia układu elektronicznego stosownie do jego zastosowania. + - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student wie co jest przyczyną powstawania start energii w układach elektronicznych + - + - - - - - - - -
M_W002 Student wie na czym polega projektowanie energooszczędnych układów analogowych i cyfrowych + - + - - - - - - - -
M_W003 Student wie jak redukować zbędna energię strat cieplnych w układach analogowych i cyfrowych. + - + - - - - - - - -
M_W004 Student posiada wiedzę na temat sposobów odprowadzania ciepła z układów i wykorzystywania go do zwrotnego zasilania tych układów (harwestingu). + - + - - - - - - - -
Module content
Lectures:

1. Pasożytnicze źródła ciepła w układach elektronicznych. Temperatura jako miara energii wewnętrznej – 1 h
2. Różne mechanizmy transportu ciepła: – 3h
– przewodzenie
– konwekcja
– radiacja
3. Ciepło jako zjawisko szkodliwe. Sposoby redukcji strat cieplnych. Sposoby chłodzenia układów i systemów elektronicznych – 2 h
4. Projektowanie energooszczędnych układów elektronicznych 2 h
5. Systemy wykorzystujące energię strat cieplnych układów do ich wtórnego zasilania-4h.

Laboratory classes:

1. Ciepło w elektronice – czy jest się czym przejmować? Wpływ temperatury na charakterystyki elementów półprzewodnikowych.
Pomiary charakterystyk prądowo-napięciowych podstawowych elementów elektronicznych (dioda, JFET, BJT, MOSFET) w różnych temperaturach z wykorzystaniem komory termicznej. Określenie współczynników termicznych. Obserwacja pracy konkretnego układu elektronicznego (wzmacniacz, układ cyfrowy) w różnych temperaturach – pomiary i porównanie parametrów.
2. Duży może więcej – szybkość oddawania ciepła. Pomiar rezystancji termicznej tranzystorów.
Pomiary rezystancji termicznej kilku tranzystorów o różnych obudowach metodami pośrednimi. Analiza wpływu wielkości obudowy i sposobu montażu do radiatora na efektywność przekazywania ciepła.
3. Cieplej, coraz cieplej … chłodniej. Pasywne chłodzenie układów elektronicznych.
Badanie radiatorów pasywnych (różne rodzaje radiatorów), zastosowanie wentylatora – konwekcja, itp. Dobór radiatora oraz warunków chłodzenia na jej efektywność – co zrobić, żeby było chłodniej.
4. Uff jak gorąco… Ciepło we współczesnych urządzeniach elektronicznych.
Pomiary pirometryczne i termograficzne podzespołów elektronicznych (rezystor, tranzystor, aktywny radiator) jak również innych urządzeń elektronicznych i energetycznych. Rozkład temperatur w komputerze PC i laptopie. Termograficzne diagnozowanie urządzeń.
5. Chłodniej, coraz chłodniej – aktywne chłodzenie. Czy możliwe jest wymuszenie chłodzenia mikroukładów elektronicznych bez udziału części i elementów ruchomych?
Budowa i zasada działania modułu termoelektrycznego (Peltiera). Modelowanie elektrotermiczne i symulacje rozchodzenia się i rozpraszania ciepła podczas aktywnego chłodzenia. Aktywny radiator – projekt oraz eksperymenty pomiarowe z radiatorem o regulowanej rezystancji termicznej. Chłodzenie mikroukładów poniżej temperatury otoczenia.
6. Czy ciepło w elektronice to tylko “samo zło”?. Wykorzystanie ciepła odpadowego do zasilania układów elektronicznych.
Energy harvesting – pozyskiwanie energii środowiska do zasilania mikrosystemów elektronicznych. Budowa i zasada działania generatora termoelektrycznego. Symulacje elektrotermiczne procesu konwersji termoelektrycznej. Mikroukłady do przetwarzania i zarządzania energią pozyskaną z ciepła. Projekt węzła sieci sensorowej “zasilanego” ciepłem odpadowym.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 88 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Realization of independently performed tasks 12 h
Participation in laboratory classes 18 h
Contact hours 30 h
Participation in lectures 28 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

1. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz egzaminu z wykładu.
2. Obliczamy średnią ważoną z ocen z laboratorium (40%) i egzaminu (60%).
3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności:
if sr>4.75 then OK:=5.0 else
if sr>4.25 then OK:=4.5 else
if sr>3.75 then OK:=4.0 else
if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3
4. Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i egzaminu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5.

Prerequisites and additional requirements:

- Podstawy fizyki
- Podstawy projektowania analogowych i cyfrowych układów scalonych

Recommended literature and teaching resources:

1. A. Gołda, A. Kos, Projektowanie układów scalonych CMOS, WKiŁ, Warszawa, 2010
2. A. Kos, Modelowanie hybrydowych układów mocy i optymalizacja ich konstrukcji ze względu na rozkład temperatury, Wydawnictwa AGH, Kraków 1994
3. A. Kos, G. De Mey Thermal modelling and optimisation od power microcircuits, Electrochemical Publications, Bristol, England, 1997
4. B. Staniszewski, Wymiana ciepła, PWN, Warszawa 2009

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None