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。