CAE仿真技術在電子電器行業(yè)的應用

2018-05-08 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)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(fā)展,現(xiàn)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(xiàn)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(tài)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(shù)據(jù),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(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(fā)熱電子元器件所產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,能夠按預設的方案正常、可靠地工作。

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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(tǒng)級的熱設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(tǒng)中的位置和系統(tǒng)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(shù)上不一樣,當組件上的元件工作發(fā)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(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(tǒng)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(tǒng)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(fā)熱源及其對其他部件造成的影響。因此設計人員可以根據(jù)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。

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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)的電磁兼容應滿足以下三個條件:

1、本系統(tǒng)不產生對其它系統(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(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)境等結構采用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雜環(huán)境電磁兼容問題。

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