当前位置:首页 >> 热仿真软件 >> flotherm >>


关于建模问题的讨论

来源: 原创 / 作者: Johnson / 时间: 2018-03-12 23:35
关于建模问题的讨论 利用软件做仿真分析,是热设计一个重要手段,而建立模型是仿真绕不开的重要一环。现在的商业软件,无论 Flotherm 还是 ICEPAK ,都提供了越来越丰富的建模元素,

 关于建模问题的讨论
 
    利用软件做仿真分析,是热设计一个重要手段,而建立模型是仿真绕不开的重要一环。现在的商业软件,无论Flotherm还是ICEPAK,都提供了越来越丰富的建模元素,以适应越来越多样的建模需求。例如,近年来,相变材料用于温控的研究越来越多,Flotherm V12.0版本开始了引入了相变材料的设置。只要激活对应选项,按照材料的参数输入即可。
                                             

 

熟练掌握这些建模的元素,会大大提高个人建模的灵活性,譬如,对于一个封装器件来讲,可供选择的建模方式就有很多种。不过话说回来,好的建模方法,需要工程师有较强的,对工程问题、器件特性有很强的理解,不然的话,模型的失真也会比较严重的。
前不久,中国热设计网QQ群(319322744)中有人就遇到了建模问题。他在其他的机构处买了FloTHERM的视频,其中针对IGBT的建模,视频教程说:因为IGBT的铜基片赋值了面热阻了,导热材料需要把导热系数改为1000 W/mK,不然会有热阻叠加,影响计算结果。而他纠结于究竟是将IGBT中的哪个热阻换算为面热阻赋值给铜基片。不知道是视频的作者卖完视频就找不到人还是对问题敷衍了事,这位朋友一直非常困惑,只好来热设计网群求救。从他的截图中,可以看到,材料的导热系数类型设置为Constant,而数值被设为1000 W/mK。
电力电子、新能源汽车等产品中,IGBT是个常用的器件,从热设计角度来讲,也是非常复杂的器件。即使是TO247封装的小IGBT器件,也要至少包含IGBT和Diode两种芯片。而PIM模块,更是包含了IGBT、Diode,整流,制动IGBT和制动Diode等芯片,每种芯片都有自己的热阻数值,各不相同。铜基片底面无论用哪一个热阻换算成面热阻来等效,都会对其他芯片的热阻值造成巨大的误差,后面会有详细的分析。
 
其次,IGBT的结构中,导热系数最强的是纯铜的基片,约为380W/mK,绝缘层的陶瓷,导热系数仅有20 W/mK左右,这种情况下,将芯片至底壳之间的材料,设置成1000 W/mK这种超高的导热介质,会增强热量在水平方向的传导,从而使得计算的温度大幅度降低。对热设计工程师来讲,如果大的误差不可避免,我们希望仿真的数值高于实测值,这样,至少散热性能是可靠的。而上述的建模方案正好相反,IGBT容易在样机测试中过温,甚至炸机,这对项目来说是灾难性的。
此外在瞬态计算时,这种建模方法会引起更大的误差。
另外,也有人被建议用双热阻模型建模,这就更加离谱了,双热阻模型,根本就不适用于这种包含了多个类型芯片的器件。
Johnson接触到的IGBT的建模方法,前后出现过多个版本。但由于IGBT结构的复杂性,目前依然很难通过仿真的手段,直接精准的获得各个芯片温度。
按照厂家的资料,可以看出,IGBT和Diode的热阻是以四层结构呈现的,而且,这两种芯片,四层热阻数值都不相同,这种条件下,用一个高导热的金属板,附加一个面热阻,这个热阻又怎么能同时代表两组芯片呢?
按照厂家的推荐,每种芯片的热路图(Foster模型)表现为以下形式。值得提醒的是,IGBT和Diode两种芯片的,结到壳之间的热路是并联的,公共节点是Tc。
目前,主流的建模方式,依旧是参照分析IGBT的主要散热路径,按照IGBT特有的结构层次建模,仿真的精度还是可以保证的。当然,也有人尝试将IGBT的瞬态阻抗建立仿真模型,路还有很长。
受限于篇幅,IGBT的讨论暂时进行到这里。后继还会有相应的文章推出,敬请关注。
对于各个类型的器件建模,一定要抓住其主要的散热通路,不可过度简化,偏离真实的热路图,仿真的误差就变得不可控了。
如果你需要综合提升自己的专业素养,包括软件操作、热学原理、各种类电子产品的热设计特点和思路,并有贴身教练辅导,请咨询中国热设计网培训经理纪先生(QQ/微信:4486665;手机:136 8230 7230)。精品小班,限额20人,还有少量几个名额,请把握机会,3月25日,不见不散。 详情点击》》
 
 

微信 扫一扫 关注 热设计公众号
pay_weixin


阅读延展


1