CAE仿真技术在电子电器行业的创新应用

在我们的生活中，电子电器产品无处不在。衣、食、住、行、用等生活的各个领域几乎都和它们有着密不可分的关系。随着科技飞速发展，现代电子产品更新速度极快。这对于消费者来说是狂欢，而对于产品设计者来说大概就是噩梦了。

随着电子电器产品要实现的功能越来越完备，结构越来越复杂，其中要综合考虑的设计因素众多。最好的状态就是在产品投入生产之前，设计者能够科学合理地预测产品性能。在硬件方面，ANSYS CFD给出的解决方案则能够帮助设计者完成这一目标。

总体来说，ANSYS CFD可以在两个方面为设计者提供科学计算后的数据，包括电子电器产品的散热性能以及电磁兼容性能。

散热性能

简单来说，CFD做的事情就是能够通过一系列的物理学公式直接计算出产品在不同工况条件下能够达到的温度。随着电于技术的不断发展，组件的物理尺寸愈来愈小。组装密度也随之增加，高热密度的形成成了一股不可抗拒的发展趋势，由于高温将会对子元器件的性能产生有害的影响。譬如过高的温度会危及半导体的结点。损伤电路的连接界面，增加导体的阻值和形成机械应力损伤。因此确保发热电子元器件所产生的热量能够及时排出，是系统组装的一个重要方面。这保证在一定的热环境下，能够按预设的方案正常、可靠地工作。

温度场分布

随着电子产品的集成度越来越高，不管是组件级还是系统级的热设计都面临着诸多挑战：

1、 损耗的分布。如果研究对象为一块PCB板，则要把握板内的热源分布情况；

2、 热流通道的设计。热流通道是指热量从模组中散出的路径，要考虑组件在系统中的位置和系统气流流通及接触导热所提供的散热通道。

3、 热-应力耦合。各层材料在热膨胀系数上不一样，当组件上的元件工作发热时，就会产生热应力，这些应力将产生变形。应该分析及控制这些应力，不使它危害到组件的结构安全。

4、 热-电耦合。PCB板上的电流会产生热量，影响温度分布，因此应该研究热－联合求解的问题。

5、 减小系统噪音。减小系统噪音在日用电子品的开发中占有重要地位，低噪音的设备通常有更好的销售前景。好的气流通道与低转速低噪音的风扇通常能够显著地减小系统噪音。

而通过强大的建模软件功能、快速高效的网格剖分工具以及高鲁棒性的算法，ANSYS可以解决这些极其复杂的问题。

通过从元件级到系统级的热设计仿真，设计人员可以详细研究器件内部的各元件的温度分布，并且可以非常直观得看到主要发热源及其对其他部件造成的影响。因此设计人员可以根据这些特点确定有效散热方式，科学合理得组织热流通道。并测试不同散热模组的选型。

温度场分布

流场分布

电磁兼容性能

电子系统的电磁兼容应满足以下三个条件：

1、 本系统不产生对其它系统的电磁干扰

2、 本系统不易被其它系统产生的电磁辐射干扰

3、 系统自身不存在相互间的电磁干扰(串扰-信号完整性、多天线工作)。

而对于包括传导和辐射在内的实际电磁兼容问题，需要同时考虑电磁兼容问题存在的不同层面，如部件级的汽车壳体，线缆，电路板，电力电子设备等，以及测试环境的影响，要采用同一个软件算法完成这几方面的问题分析，是非常困难的。所以，可以采用系统级仿真方法，将不同层级的问题用不同的专用工具仿真，如部件级的线缆采用Q3D软件，汽车壳体，环境等结构采用HFSS软件，电磁部件，伺服系统等采用Simplore和Maxwell仿真，提取出其电磁特征或电磁参数或者电磁干扰特性，在Designer系统级电磁兼容仿真环境中，通过动态链接，实现与以上各个子系统和部件的紧密协同，考虑其系统级的综合电磁兼容影响，利用这样的解决方案，可解决目前遇到的复杂环境电磁兼容问题。

PCB板电磁兼容分析

电子机箱电磁屏蔽性能分析

最后数值仿真可以帮助设计人员：

1、  高效分析电缆、母排、IGBT、PCB走线等设备对电子系统的传导干扰

2、  有效预测并改善电机、变压器、IGBT、PCB、母排及其他整机系统的辐射干扰和设备布局

3、  整体优化电磁兼容特性有助于实现电子电器系统的高度集成化，提高功率密度、稳定性和一致性

EMC 问题 (辐射， 耦合，屏蔽)

Ansys CFD提供的一整套专业技术软件可以给开发者带来明显益处：

1、 减小产品开发周期，提前新品上市的时间点；

2、 提前预知设计风险及量化风险程度，可以在开发工作中有重点地应对和消除，减少了设计隐患；

3、 能够提升设计效率，使开发人员有更多的时间完成别的设计工作。

4、 提高总体产品的可靠性和速度，缩短上市时间。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删