利用ANSYS Icepak进行手机热仿真分析实例

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利用ANSYS Icepak进行手机热仿真分析实例
电源是每个电子设备的核心，但很难知道它们需要多冷才能避免相邻组件的热降解。
供应商意识到降额策略不是设计最佳电子设备的最佳方法。降额策略的广泛假设可能导致保守，昂贵的设计或设计，可靠性不足。更有效的方法是使用模拟和基于物理的分析来确保易受温度降低影响的组件的可靠性。
 
磁性材料的散热
在设计生产期间出现温度问题时，工程师们通常不会考虑变压器和扼流圈等磁性元件。由于变压器通常是定制的，因此许多变压器没有额定温度。

热降额

工程师可以利用仿真来查询磁性材料是否过热的问题。
首先，当这些材料开始饱和时，铁氧体材料的电流饱和曲线趋于模糊。饱和磁性材料不会损坏磁性材料，但看起来会短路—导致电路失效。
第二个问题是设计师有时会将磁性的最高温度等级误认为等于居里温度（当磁铁的特性在100℃—300℃之间显着变化时）。但是铁损（磁性材料的改变）通常始于50℃-100℃之间。根据铁氧体的设计、结构和冷却情况，如果核心温度达到磁芯损耗范围，磁性会进入热失控状态。
最后，热老化是粉末铁芯的主要问题——与铁氧体磁芯相比，成本更低，有时更合适。长期暴露于高温会导致粘合剂的热老化。随着热老化的进行，涡流损耗变得非常高。增加磁芯损耗会导致更高的磁芯温度和磁性元件的故障。
 
焊点散热
 
焊点是元件与基板或电路板之间的连接。
当温度发生变化时，元件和电路板将以不同的速率膨胀或收缩。

工程师可以利用仿真软件确保焊点的稳定性

热机械疲劳导致的焊点失效是电子产品中的主要磨损问题之一。这是因为不恰当的设计，材料选择和环境可能导致相对较短的故障时间。
焊接过程是个局部快速加热到高温，并随后冷却的过程，随着热源的移动，整个焊件的温度随时间和空间急剧变化，材料的热物理性能也随温度剧烈变化。因此，焊接温度场分析以及引起的应力场分析都属于高度的非线性瞬态分析过程析过程。
其主要步骤为：
（1）首先进行热分析，得到焊接温度场；
（2）重新进入前处理，将热单元转化为相应的结构单元；
（3）设置结构分析的材料属性以及前处理细节；
（4）设置热分析的节点温度；；
（5）设置参考温度，即设置构件加热初始均匀温度；
（6）求解和后处理。

电解电容器的热降解
电解电容器是设计人员在温度方面最需要关注的元件。这是因为电解电容器依靠液体进行功能操作。液体电解质的蒸发会对组件的寿命造成很大的影响。
工程师需要确定这是否是这些电解电容器的最佳方向
电解质的这种损失导致电容减小和等效串联电阻增加。由于这个过程，所有电解电容器制造商都提供额定寿命。
电容器对热的敏感性体现了仿真技术的重要性，以确定电解电容器所经历的温度。
下图是利用ANSYS HFSS仿真的平行板电容器内部的电磁场的变化。

尽管如此，大多数公司使用经典的Arrhenius方程推断出制造商的评级。该等式产生了对电容器寿命的保守预测。
另外，电容器的实际寿命可以根据电路对元件参数变化的灵敏度而变化。制造商对寿命的定义通常是电容下降20％。然而，在这一点上，等效串联电阻可能会增加2倍至5倍。根据电路的灵敏度，在电容器被认为处于故障模式之前，这可能会导致产品故障。
当设计人员将电解电容放置在热元件附近时，标准寿命方程可能甚至不适用，因为电容器上的不均匀温度分布会导致加速退化和压力增加，从而导致破裂。