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Icepak和SIwave电热耦合仿真

优飞迪科技

1年前浏览4863

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

测试板设置

测试板按照IPC-TM650标准制作

基础材料测试

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))) 。

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。

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。

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℃）。

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。

风道仿真设置

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。

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。

深圳市优飞迪科技有限公司成立于2010年，是一家专注于产品开发平台解决方案与物联网技术开发的国家级高新技术企业。

十多年来，优飞迪科技在数字孪生、工业软件尤其仿真技术、物联网技术开发等领域积累了丰富的经验，并在这些领域拥有数十项独立自主的知识产权。同时，优飞迪科技也与国际和国内的主要头部工业软件厂商建立了战略合作关系，能够为客户提供完整的产品开发平台解决方案。

优飞迪科技技术团队实力雄厚，主要成员均来自于国内外顶尖学府、并在相关领域有丰富的工作经验，能为客户提供“全心U+端到端服务”。

来源：IFD优飞迪

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首次发布时间：2023-03-29