搜索CAE仿真技術在電子電器行業的應用
2018-05-08 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
在我們的生活中,電子電器產品無處不在。衣、食、住、行、用等生活的各個領域幾乎都和它們有著密不可分的關系。隨著科技飛速發展,現代電子產品更新速度極快。這對于消費者來說是狂歡,而對于產品設計者來說大概就是噩夢了。
隨著電子電器產品要實現的功能越來越完備,結構越來越復雜,其中要綜合考慮的設計因素眾多。最好的狀態就是在產品投入生產之前,設計者能夠科學合理地預測產品性能。在硬件方面,ANSYS CFD給出的解決方案則能夠幫助設計者完成這一目標。
總體來說,ANSYS CFD可以在兩個方面為設計者提供科學計算后的數據,包括電子電器產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公式直接計算出產品在不同工況條件下能夠達到的溫度。隨著電于技術的不斷發展,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展趨勢,由于高溫將會對子元器件的性能產生有害的影響。譬如過高的溫度會危及半導體的結點。損傷電路的連接界面,增加導體的阻值和形成機械應力損傷。因此確保發熱電子元器件所產生的熱量能夠及時排出,是系統組裝的一個重要方面。這保證在一定的熱環境下,能夠按預設的方案正常、可靠地工作。
溫度場分布
隨著電子產品的集成度越來越高,不管是組件級還是系統級的熱設計都面臨著諸多挑戰:
1、 損耗的分布。如果研究對象為一塊PCB板,則要把握板內的熱源分布情況;
2、 熱流通道的設計。熱流通道是指熱量從模組中散出的路徑,要考慮組件在系統中的位置和系統氣流流通及接觸導熱所提供的散熱通道。
3、 熱-應力耦合。各層材料在熱膨脹系數上不一樣,當組件上的元件工作發熱時,就會產生熱應力,這些應力將產生變形。應該分析及控制這些應力,不使它危害到組件的結構安全。
4、 熱-電耦合。PCB板上的電流會產生熱量,影響溫度分布,因此應該研究熱-聯合求解的問題。
5、 減小系統噪音。減小系統噪音在日用電子品的開發中占有重要地位,低噪音的設備通常有更好的銷售前景。好的氣流通道與低轉速低噪音的風扇通常能夠顯著地減小系統噪音。
而通過強大的建模軟件功能、快速高效的網格剖分工具以及高魯棒性的算法,ANSYS可以解決這些極其復雜的問題。
通過從元件級到系統級的熱設計仿真,設計人員可以詳細研究器件內部的各元件的溫度分布,并且可以非常直觀得看到主要發熱源及其對其他部件造成的影響。因此設計人員可以根據這些特點確定有效散熱方式,科學合理得組織熱流通道。并測試不同散熱模組的選型。
溫度場分布
流場分布
電磁兼容性能
電子系統的電磁兼容應滿足以下三個條件:
1、 本系統不產生對其它系統的電磁干擾
2、 本系統不易被其它系統產生的電磁輻射干擾
3、 系統自身不存在相互間的電磁干擾(串擾-信號完整性、多天線工作)。
而對于包括傳導和輻射在內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,電力電子設備等,以及測試環境的影響,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,環境等結構采用HFSS軟件,電磁部件,伺服系統等采用Simplore和Maxwell仿真,提取出其電磁特征或電磁參數或者電磁干擾特性,在Designer系統級電磁兼容仿真環境中,通過動態鏈接,實現與以上各個子系統和部件的緊密協同,考慮其系統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雜環境電磁兼容問題。
PCB板電磁兼容分析
電子機箱電磁屏蔽性能分析
最后數值仿真可以幫助設計人員:
1、 高效分析電纜、母排、IGBT、PCB走線等設備對電子系統的傳導干擾
2、 有效預測并改善電機、變壓器、IGBT、PCB、母排及其他整機系統的輻射干擾和設備布局
3、 整體優化電磁兼容特性有助于實現電子電器系統的高度集成化,提高功率密度、穩定性和一致性
EMC 問題 (輻射, 耦合,屏蔽)
Ansys CFD提供的一整套專業技術軟件可以給開發者帶來明顯益處:
1、 減小產品開發周期,提前新品上市的時間點;
2、 提前預知設計風險及量化風險程度,可以在開發工作中有重點地應對和消除,減少了設計隱患;
3、 能夠提升設計效率,使開發人員有更多的時間完成別的設計工作。
4、 提高總體產品的可靠性和速度,縮短上市時間。
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