基于ansys芯片散熱
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-08
基于ansys芯片散熱的視頻教程
基于ansys芯片散熱的實例教程
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習芯片的三維模型處理
2、學習芯片穩態散熱分析步的建立
3、學習芯片穩態散熱分析的載荷施加
4、學習芯片穩態散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片穩態散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
摘 要：
電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩態熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發熱器件的散熱狀態,得出水冷散熱的仿真效果比常態下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產品小型化的發展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來越大，其運行時會產生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結構空間的散熱，保證其不超過耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對其進行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對其主要發熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結構降階處理
對5.5 k W控制器進行3D建模，顯示控制器有1215個部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會使模擬計算量和時間增加，一般需要進行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發熱器件為8個電容及3個IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發熱不嚴重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進行分離，防止后期網格劃分時，將殼體和水道劃為整體，導致網格劃分不合適，計算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網格設置
網格劃分的好壞直接關系到計算的結果和計算時間的長短，所以在進行網格劃分的時候，優先選擇曲面狀的物體進行網格劃分，這樣在網格劃分的時候就可以保證曲面的完整性。
展開 基于Ansys Icepak的散熱器優化
1. 簡介
Ansys Icepak是專業的、面向工程師的電子產品熱分析軟件。借助Icepak的分析，用戶可以減少設計成本、提高產品的一次成功率，改善電子產品的性能、提高產品可靠性、縮短產品的上市時間。本文通過Icepak建立了一個簡單的電子系統熱仿真模型，通過對散熱器的優化，使系統的的最高溫度處于設計要求范圍內（< 70 ℃）。
2. 模型
模型由PCB、芯片、風扇、以及散熱器組成。PCB的材料設為正交各向異性，平面內的導熱系數為600 W /（K·m），法向導熱系數為0.4 W /（K·m）；9個芯片的發熱功率均為20 W；風扇的體積流量為0.035 m3/s；散熱器類型為擠壓鋁散熱器。
初始散熱器的總高度設為6 mm，翅片數為10個，如下所示。
3. 網格劃分
為了提高網格質量并減少網格數目，創建一個包含風扇的assembly和一個包含所有芯片及散熱器的assembly，劃分網格如下：
4. 求解分析
對建立的仿真模型進行求解，得到溫度云圖如下：
由溫度云圖可知電子系統最高溫為79.9℃，超過了設計要求，因此需要對散熱器進行優化。
5. 散熱片優化
對散熱器的高度和翅片數進行優化，以使系統的溫度低于70℃。
5.1. 定義變量
將散熱器的高度和翅片數分別定義為fin_h和fin_count變量，fin_h的范圍為6-10 mm，fin_count的范圍為10-16。如下所示。
5.2. 定義函數
定義一個名為mxtemp的函數，限制系統的最高溫度為70℃；另外定義一個名為HS_mass的目標函數，使系統的溫度達到要求時要求時散熱器的質量盡可能的小。
展開 基于Icepak的電子散熱分析高級培訓
培訓背景
仿真模擬是當今電子散熱設計必不可少的手段。它利用計算機技術幫助工程師快速發現散熱設計中的問題，分析散熱設計可能的改進方案。隨著設備小型化的發展，客戶體驗度需求的日益提升，企業對成本控制不懈追求，電子散熱仿真面臨著前所未有的挑戰：模型越來越復雜，對精度的要求越來越高，需要考慮的物理現象越來越復雜，期望的計算時間越來越短。一些曾經非常流行的電子散熱仿真軟件已經不能滿足這些新的工程需求。
ANSYS Icepak經過多年的發展，作為業界技術最完備的電子散熱仿真分析軟件，可以幫助工程師完成各種三維流體/熱分析，在通訊、消費電子、汽車電子、電力、家電等領域得到了廣泛的應用，已經成為電子散熱仿真領域最主要的工具之一。 ANSYS Icepak先進的模型與網格處理技術，可以求解幾何高度復雜的電子散熱結構；借助于高度自動化的ECAD數據導入實現微觀電子結構的詳細建模，輔以種高級流動/傳熱模型可以幫助用戶獲得精確的結果；完全自動的熱/結構/電磁耦合方案將復雜的電子多物理問題統一在一起求解，除了幫助用戶獲得更為準確的計算結果，還可以幫助用戶東西多物理場之間復雜的相互影響。
為了應對日新月異的電子散熱仿真需求，提升相關科技工作者的技術水平，同時也讓廣大散熱設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS軟件高級功能， ANSYS公司（原廠）特定于2018年11月27日-28日在上海開辦“基于Icepak的電子散熱分析高級培訓”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
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電機控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關系到電機的輸出。以控制器中的8個電容及3個IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩態熱模塊及流體模塊,分別對其進行溫度仿真分析,分析對比在使用水冷散熱前后主要發熱器件的散熱狀態,得出水冷散熱的仿真效果比常態下的溫度降低約27℃,為實際產品的設計生產提供支撐。
關鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
基于Icepak的電子散熱分析高級培訓
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基于Ansys Icepak的散熱器優化
1. 簡介
Ansys Icepak是專業的、面向工程師的電子產品熱分析軟件。借助Icepak的分析，用戶可以減少設計成本、提高產品的一次成功率，改善電子產品的性能、提高產品可靠性、縮短產品的上市時間。本文通過Icepak建立了一個簡單的電子系統熱仿真模型，通過對散熱器的優化，使系統的的最高溫度處于設計要求范圍內（< 70 ℃）。
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