Icepak和SIwave电热耦合仿真

2023年3月28日 浏览：1593 评论：7 收藏：5

Icepak和SIwave电热耦合仿真的图1

背景介绍
-随着功率的增大，电热仿真成为越来越多电子产品的必选项
-其中PCB散热根据传统的标准评估基本难以完成设计
-因此站在系统设计的视角，需要将热耗不断提升的PCB部分加入到系统评估中
-Icepak，专为电子产品工程师定制开发的专业电子热分析软件，使用经典的Fluent做为求解内核
1）在一个界面内完整电热双向耦合。
2）SIwave完成直流电磁仿真。
3）Icepak完成系统热流体仿真。
-通过测试验证，在自然和风冷散热下寻找一种精度非常高的手段势在必行
-在进行仿真工具精度的验证之前，需要对影响精度的三大条件做基础研究
-影响电热仿真的三大基本条件分别是材料的热导率，基础电阻率以及实际加工铜厚
PCB的热量来源
-开关/线性电源模块
-PCB铜皮
-PCB上安装的芯片
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图2
测试板设置
测试板按照IPC-TM650标准制作
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图3
基础材料测试
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图4
仿真设置
环境温度：25℃。
FR4热导率：0.448。
铜皮电导率：50438000 S/m，if(Temp<26.2cel,1,1/(1+0.003865*(Temp-26.2))) 。
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图5
仿真温度读取
Icepak温度场图中，通过设置Marker，可以得到任何位置的准确温度。
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图6
自然散热仿测对比 – 25℃
在环境温度25℃下，扫描不同的输入电流，得到每个电流对应的温升。
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图7
自然散热仿测对比 – 55℃
在环境温度55℃下，扫描不同的输入电流，得到每个电流对应的温升和压降。
各电流下，55℃的温升比25℃的温升略低（-1.1℃ ~ +0.21℃）。
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图8
原理分析
在环境温度55℃下，扫描不同的输入电流，得到每个电流对应的温升和压降。
各电流下，55℃的温升比25℃的温升略低（-1.1℃ ~ +0.21℃）
-热量公式Q = cmΔt，在c、m不变的前提下，Δt由热量（传导+对流+辐射）决定。
-温变的电导率（温度越高，电导率越低）
-高温下同样电流损耗增大，发热增大
-热辐射公式：Q = δε (Tmax^4 - Tmin^4)
-同样温升，高温下的热辐射远大于低温的热辐射
-环境温度55℃时的热辐射效应压制了电导率导致的功耗加大
-Icepak采用的Fluent求解器，可以准确的完成各种工况下的热仿真
风道测试设置
风道17 x 17 x 55.5cm。PCB 距离底部8.5cm。PCB 距离风扇7cm。风扇转速2700左右。抽风方式。最高温度点距离板边沿145mm。
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图9
风道仿真设置
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图10
风道仿测结果
在环境温度25℃下，扫描不同的输入电流，得到每个电流对应的温升。
Icepak和SIwave电热耦合仿真的图11
总结
-基础材料输入是仿真精度不可或缺的一个环节。
-独特的电热双向耦合、Trace Mapping保证了结果精度，已被测试结果验证。
-Icepak可读入风速场、温度场、对流换热系数作为边界条件，和系统仿真完美结合。
-Icepak可导入多块PCB和任意3D器件进行联合仿真，这是纯PCB电热软件无法做到的。


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Icepak和SIwave电热耦合仿真的图12

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学习了，谢谢分享
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不错，
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