由乌德·美国武器，沃基恩，生病的狼人，产品工程师，驱动器和运动部门
我们的产品开发过程中的一个关键目标是使用设计和分析工具来减少在概念设计阶段必须在构建和测试的原型的数量。这些软件工具有助于我们确定用于减少和耗散电子元件产生的热量的最佳设计。热分析工具在构建原型之前验证热设计，在某些情况下，消除了原型的需要。
预测产品设计过程早期阶段的热性能有助于减少原型的数量，从而降低了产品生命周期时间和成本。我们评估驱动模块，逆变器和整流器模块，过滤器，定制设计柜和其他部件和组件的热性能。
我们使用基于ANSYS ICEPAK PC的软件来评估我们的电子系统在一系列应用中的热性能，包括散热器优化，在外壳中的空气流模拟，绝缘栅双极晶体管（IGBT）上的温度分布分析和优化电子包装。
ANSYS ICEPAK使用ANSYS流畅的计算流体动力学（CFD）求解器。求解器分析流体流动，并包括用于稳态和瞬态热流模拟的所有传热模式。
由于恒定的压力来减少封装尺寸，但保持元件和组件的高功率要求，有效的热设计是具有挑战性的。由于这些电子系统的复杂性，需要准确，详细的热性能预测来确定最佳设计。
对于我们的驱动模块的热分析，最佳IGBT散热设计至关重要。这些IGBT安装在散热器上，散热器散发热量。
散热器上的IGBT布局和散热器本身的设计都会影响热性能。对不同布局的详细分析有助于选择最佳布局。
一旦确定了布局，我们执行多个模拟以优化给定边界条件的散热器。优化包括翅片尺寸，翅片间距，基本厚度，风扇支架距离和其他因素。在这种情况下热模拟的主要目标之一是检查IGBT的工作温度是否在制造商指定的限制温度范围内。
这些图显示了IGBT表面温度当翅片厚度从2mm和3毫米改变时，所有其他参数都是如此
持续的。将翅片厚度提高1mm将散热器表面温度从大约113℃降至约109℃。
沿着类似的线路，逆变器和整流器模块的热设计挑战与其内部结构相关联。这些模块包括并联互连的几个IGBT和二极管，以确保所需的高电流额定值。模块安装在公共外壳或封装内的近距离。
使用外部风扇冷却的散热器上的导电基板安装模块。在使用分析工具设计散热器以获得最佳热性能之后，使用模拟研究了其他热设计参数。
例如，可以通过模拟确定热电偶在散热器表面上的最佳定位。如果散热器风扇发生故障，则热电偶的正确定位有助于避免模块过热。
这些图显示了散热器表面上的温度在正常风扇操作期间，风扇故障后五分钟。风扇故障导致温度迅速上升，如果没有及时解决，可能会导致部件故障。
瞬态热分析模拟风扇故障状态，帮助我们确定散热器表面上的热流模式。然后基于热流模式定位热电偶。热流图案也可以动画地看看实时热流模式，这可能无法使用物理测试。
实验室测试产品确定热性能昂贵，因此对不同电子系统设计的重复测试不可行。然而，通过产品的软件仿真模型，可以通过修改模型中的参数来轻松评估不同设计的变化来进行热性能。
仿真有助于预测环境温度，较高电流评级和其他因素的影响。ANSYS ICEPAK模拟帮助我们在电子系统中实现最佳的热性能。与实际测试相比，在系统上执行的详细热模拟仅具有5％的温度变化，验证了我们对模拟过程的信心。最终结果是减少原型和测试的数量，以及产品开发的时间和原型成本约为20％。
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