CAE仿真技術(shù)在電子電器行業(yè)的應(yīng)用

2018-05-08 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在我們的生活中,電子電器產(chǎn)品無處不在。衣、食、住、行、用等生活的各個領(lǐng)域幾乎都和它們有著密不可分的關(guān)系。隨著科技飛速發(fā)展,現(xiàn)代電子產(chǎn)品更新速度極快。這對于消費者來說是狂歡,而對于產(chǎn)品設(shè)計者來說大概就是噩夢了。

隨著電子電器產(chǎn)品要實現(xiàn)的功能越來越完備,結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,其中要綜合考慮的設(shè)計因素眾多。最好的狀態(tài)就是在產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前,設(shè)計者能夠科學(xué)合理地預(yù)測產(chǎn)品性能。在硬件方面,ANSYS CFD給出的解決方案則能夠幫助設(shè)計者完成這一目標(biāo)。

總體來說,ANSYS CFD可以在兩個方面為設(shè)計者提供科學(xué)計算后的數(shù)據(jù),包括電子電器產(chǎn)品的散熱性能以及電磁兼容性能。

散熱性能

簡單來說,CFD做的事情就是能夠通過一系列的物理學(xué)公式直接計算出產(chǎn)品在不同工況條件下能夠達到的溫度。隨著電于技術(shù)的不斷發(fā)展,組件的物理尺寸愈來愈小。組裝密度也隨之增加,高熱密度的形成成了一股不可抗拒的發(fā)展趨勢,由于高溫將會對子元器件的性能產(chǎn)生有害的影響。譬如過高的溫度會危及半導(dǎo)體的結(jié)點。損傷電路的連接界面,增加導(dǎo)體的阻值和形成機械應(yīng)力損傷。因此確保發(fā)熱電子元器件所產(chǎn)生的熱量能夠及時排出,是系統(tǒng)組裝的一個重要方面。這保證在一定的熱環(huán)境下,能夠按預(yù)設(shè)的方案正常、可靠地工作。

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溫度場分布

隨著電子產(chǎn)品的集成度越來越高,不管是組件級還是系統(tǒng)級的熱設(shè)計都面臨著諸多挑戰(zhàn):

1、損耗的分布。如果研究對象為一塊PCB板,則要把握板內(nèi)的熱源分布情況;

2、熱流通道的設(shè)計。熱流通道是指熱量從模組中散出的路徑,要考慮組件在系統(tǒng)中的位置和系統(tǒng)氣流流通及接觸導(dǎo)熱所提供的散熱通道。

3、熱-應(yīng)力耦合。各層材料在熱膨脹系數(shù)上不一樣,當(dāng)組件上的元件工作發(fā)熱時,就會產(chǎn)生熱應(yīng)力,這些應(yīng)力將產(chǎn)生變形。應(yīng)該分析及控制這些應(yīng)力,不使它危害到組件的結(jié)構(gòu)安全。

4、熱-電耦合。PCB板上的電流會產(chǎn)生熱量,影響溫度分布,因此應(yīng)該研究熱-聯(lián)合求解的問題。

5、減小系統(tǒng)噪音。減小系統(tǒng)噪音在日用電子品的開發(fā)中占有重要地位,低噪音的設(shè)備通常有更好的銷售前景。好的氣流通道與低轉(zhuǎn)速低噪音的風(fēng)扇通常能夠顯著地減小系統(tǒng)噪音。

而通過強大的建模軟件功能、快速高效的網(wǎng)格剖分工具以及高魯棒性的算法,ANSYS可以解決這些極其復(fù)雜的問題。

通過從元件級到系統(tǒng)級的熱設(shè)計仿真,設(shè)計人員可以詳細研究器件內(nèi)部的各元件的溫度分布,并且可以非常直觀得看到主要發(fā)熱源及其對其他部件造成的影響。因此設(shè)計人員可以根據(jù)這些特點確定有效散熱方式,科學(xué)合理得組織熱流通道。并測試不同散熱模組的選型。

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溫度場分布

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流場分布

電磁兼容性能

電子系統(tǒng)的電磁兼容應(yīng)滿足以下三個條件:

1、本系統(tǒng)不產(chǎn)生對其它系統(tǒng)的電磁干擾

2、本系統(tǒng)不易被其它系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁輻射干擾

3、系統(tǒng)自身不存在相互間的電磁干擾(串?dāng)_-信號完整性、多天線工作)。

而對于包括傳導(dǎo)和輻射在內(nèi)的實際電磁兼容問題,需要同時考慮電磁兼容問題存在的不同層面,如部件級的汽車殼體,線纜,電路板,電力電子設(shè)備等,以及測試環(huán)境的影響,要采用同一個軟件算法完成這幾方面的問題分析,是非常困難的。所以,可以采用系統(tǒng)級仿真方法,將不同層級的問題用不同的專用工具仿真,如部件級的線纜采用Q3D軟件,汽車殼體,環(huán)境等結(jié)構(gòu)采用HFSS軟件,電磁部件,伺服系統(tǒng)等采用Simplore和Maxwell仿真,提取出其電磁特征或電磁參數(shù)或者電磁干擾特性,在Designer系統(tǒng)級電磁兼容仿真環(huán)境中,通過動態(tài)鏈接,實現(xiàn)與以上各個子系統(tǒng)和部件的緊密協(xié)同,考慮其系統(tǒng)級的綜合電磁兼容影響,利用這樣的解決方案,可解決目前遇到的復(fù)雜環(huán)境電磁兼容問題。

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