系统级电子热仿真解决方案

电源模块化设计及热仿真电源模块化设计及热仿真电源对于现代电子设备的正常运行至关重要。

为了提高电源的效率和可靠性，电源模块化设计成为一种趋势。

本文将讨论电源模块化设计的优势，并介绍热仿真在电源设计中的应用。

电源模块化设计的优势在于它能够提高系统的可靠性和灵活性。

传统的电源设计通常是将所有功能集成在一个电路板上，这使得维修和升级变得困难。

而采用模块化设计，不同功能的电源可以设计和制造，并可以根据需要进行组合。

这样一来，如果某个模块出现故障，只需要更换该模块而不需要整个电源系统都进行维修。

此外，模块化设计还能够简化电源的布局和散热设计，提高了系统的可靠性和稳定性。

热仿真在电源设计中的应用也非常重要。

由于电源的工作状态通常会产生大量的热量，合理的散热设计对于电源的长时间稳定工作至关重要。

热仿真可以通过计算电源的热传导和热辐射，帮助设计师确定散热器的尺寸和材料。

通过热仿真，设计师可以在设计阶段就发现潜在的热问题，并采取相应的措施来解决这些问题，从而提高电源的可靠性和稳定性。

为了进行热仿真，设计师通常使用热仿真软件来模拟电源的热行为。

这些软件通常基于有限元方法或计算流体力学方法，可以对电源的热分布、温度梯度和热传导进行准确的计算。

通过热仿真软件，设计师可以快速评估不同散热器的性能，并选择最优的散热方案。

综上所述，电源模块化设计和热仿真在电源设计中起着重要的作用。

模块化设计可以提高电源系统的可靠性和灵活性，而热仿真则可以帮助设计师解决散热问题，提高电源的性能和稳定性。

在未来的电源设计中，我们可以期待更多的创新和发展，以满足不断增长的电子设备需求。

FloTHERM优化电子设备热设计FloTHERM作为电子行业热分析软件的市场领导者，拥有相当广泛的用户群。

很多公司都喜欢使用FloTHERM进行热传-流动分析，并对投资回报率信心十足。

在最近的一次调查中显示，98%的用户愿意向同行推荐FloTHERM，本文将详细介绍FloTHERM是如何帮助各行业的企业解决其所面临的热管理问题的。

一、概述FloTHERM是一款强大的应用于电子元器件以及系统热设计的三维仿真软件。

在任何实体样机建立之前，工程师就可以在设计流程初期快速并简易地创建虚拟模型，运行热分析以及测试设计更改。

FloTHERM采用先进的CFD(计算流体力学)技术，预测元器件、PCB板以及整机系统的气流、温度和传热，。

不同于其他热仿真件，FloTHERM是一款专为各类电子应用而打造的分析工具，其应用行业包含：◎电脑和数据处理;◎电信设备和网络系统;◎半导体设备，集成电路(ICs)以及元器件;◎航空和国防系统;◎汽车和交通运输系统;◎消费电子。

FloTHERM以专业、智能和自动而著称，区别于其他传统分析软件。

这些功能可协助热设计专家们将产能最大化，帮助机械设计工程师将学习过程减到最少，并为客户提供分析软件行业最高比率的投资回报率。

在中小型企业，一年时间，投资FloTHERM所带来的收益就是投资成本的数倍，公司规模越大，成本回收的速度越快。

用户可以从以下方面体验到使用FloTHERM解决电子热设计问题所带来的惊人利益：◎生产硬件前解决热设计问题;◎减少重新设计工作，降低每单位产品成本;◎增强可靠性和提高整体的工程设计程度;◎显著地缩短上市时间。

建模功能#e#二、建模功能1.SmartPartsFloTHERM软件提供了专门应用于电子设备热分析的参数化模型创建宏(SmartParts)，能够迅速、准确地为大量电子设备建模。

SmartParts技术应用范围：散热器、风扇、印刷电路板、热电冷却器、机箱、元器件、热管、多孔板和芯片。

生物质气化热电联产系统的热力学仿真与分析摘要：为了提高生物质气化热电联产系统（BGCS）的发电效率和热能利用效率，采用两种发电设备串联构建一种梯级能量利用的BGCS系统，设计了燃气轮机（GT）-蒸汽螺杆膨胀机（SSE）组成的BGCS系统和蒸汽轮机（ST）-有机朗肯循环（ORC）螺杆膨胀机组成的BGCS系统等两个系统方案。

以生物质固定床气化炉为例及1MW发电量为目标，应用Cycle-Tempo热力学仿真软件建立两个系统方案的热力学仿真模型，比较两个方案的综合效率、发电效率、火用效率、相对一次能耗节约率和CO2减排量。

仿真计算和热力学性能分析的结果表明：两个方案均具有很好的相对一次能耗节约率和环境友好性，但GT-SSE热电联产系统在综合效率、发电效率、火用效率等方面比ST-0RC热电联产系统好。

引言生物质气化炉将生物质资源通过高温热解气化技术生成为生物质气化气，其中的可燃气体成份包括CO、H2、CH4和一些焦油。

生物质气化技术可以将生物质充分气化，避免了生物质直燃产生的燃烧不充分和烟气大等缺点，是一种清洁高效的生物质资源能源化利用方式[1]。

生物质气化热电联产系统（Biomass Gasification Cogeneration System，BGCS）则是利用生物质气化气进行发电，能源利用率高，是未来生物质能源推广应用的主要方向。

与天然气相比，生物质气化气具有热值低、灰尘杂质多、焦油多和气体温度高等特点，对发电设备的要求高。

如何设计BGCS系统的方案、选用合适的发电设备、提高发电效率，是困扰BGCS系统推广应用的一个复杂的技术经济问题。

本文选用生物质固定床气化炉为例，以1MW发电量为目标，应用热力学建模软件Cycle-Tempo系统建立BGCS系统的仿真模型。

采用两种发电设备串联构建一种梯级能量利用的BGCS系统，分别建立了燃气轮机（GT）-蒸汽螺杆膨胀机（SSE）组成发电系统和蒸汽轮机（ST）-有机朗肯循环（ORG）螺杆膨胀机组成发电系统等两个实例模型，分析不同的BGCS系统方案的热力学性能，为BGCS 系统的方案优化设计提供参考。

UG-NX有限元仿真高级仿真热体和流体分析技术概述UG-NX（Unigraphics-NX）是一款由西门子PLM软件开发的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）和计算机辅助工程（CAE）软件。

UG-NX提供了一系列高级仿真工具，其中包括热体和流体分析技术。

本文档将介绍UG-NX中的高级仿真热体和流体分析技术及其应用。

1. UG-NX高级仿真热体分析技术UG-NX提供了强大的热体分析功能，能够对热传导、热辐射和热对流等问题进行模拟和分析。

以下是UG-NX高级仿真热体分析技术的一些主要特点：1.1 热传导分析UG-NX可以模拟和分析材料之间的热传导过程。

用户可以定义材料的热导率，以及模型的初始温度和边界条件。

通过求解热传导方程，UG-NX可以计算出模型在不同时间和位置的温度分布，并可视化显示结果。

1.2 热辐射分析UG-NX还提供了热辐射分析功能，用户可以定义模型表面的辐射率和环境温度，并模拟物体通过辐射释放热量的过程。

UG-NX可以计算出模型在不同条件下的表面温度分布，并可生成热辐射通量图，帮助用户深入了解热辐射对模型的影响。

1.3 热对流分析UG-NX还支持热对流分析，用户可以定义模型与周围流体之间的热传递系数，并模拟固体物体通过对流传热的过程。

UG-NX可以计算出模型在不同空气速度和温度差条件下的温度分布，并可生成热传递系数分布图，帮助用户评估对流对模型的影响。

2. UG-NX高级仿真流体分析技术UG-NX还提供了强大的流体分析功能，能够对流体的流动和压力进行模拟和分析。

以下是UG-NX高级仿真流体分析技术的一些主要特点：2.1 流动分析UG-NX可以模拟和分析流体在不同几何体和边界条件下的流动行为。

用户可以定义流体的初始条件和边界条件，并采用Navier-Stokes方程求解器对流动进行数值求解。

UG-NX可以计算出流体的速度场、压力场和流线图，帮助用户了解流体在模型内的流动情况。

表1PCB 各组成部件名称、尺寸、功率及生热率计算模块印制电路板的热设计和热仿真分析令狐克均饶应明刘忠翔李杨（贵州装备制造职业学院，贵州贵阳551400）摘要：首先建立了某电子设备计算模块印制电路板的三维模型，然后依据热传学理论，使用有限元分析软件ANSYS Workbench对三维模型进行了热仿真分析，最后获得了计算模块印制电路板的温度场，热分析结果为印制电路板的结构设计及布局提供了参考。

关键词：印制电路板；热仿真分析；ANSYS Workbench ；温度场0引言近年来，随着先进制造技术在电子设备生产过程中的应用，电子设备已经向便携式、集成化、高密度和高运算速度方向发展，印制电路板（PCB ）上元器件的数量和集成度不断增加，功率损失也相应增加，同时导致单位体积电子元器件的发热量增加[1]。

鉴于电子设备的高度集成性、计算快速性和运行稳定性等要求，对电子设备的热设计要求也越来越高。

相关统计数据显示，55%的电子设备失效与过高的热环境应力有关。

热问题已成为影响设备使用性能和运行可靠性的关键因素之一[2]。

PCB 作为电子设备的重要组成部分，其设计合理与否直接影响设备的性能高低，严重时甚至会损坏电子设备[2]。

因此，对PCB 上的元器件进行热仿真分析就显得十分必要。

电子设备的热分析通常分为系统级、板级及封装级3个层次。

本文研究对象为某电子设备计算模块印制电路板，属于板级热分析的范畴[3-4]。

现首先建立某电子设备计算模块印制电路板的三维模型，然后依据热传学理论，使用有限元分析软件ANSYS Workbench 对三维模型进行热仿真分析，获得计算模块印制电路板的温度场，根据热分析结果为印制电路板的结构设计及布局提供参考。

1建立印制电路板的三维模型1.1模型的简化假设实际的计算模块印制电路板是由元器件和印制电路板基板组成，为了能够进行热分析，必须对PCB 结构进行合理简化，使其成为仿真分析模型[5]。

首先，对于PCB 上外形结构小的电阻、片式电容，由于其体积小、热容量小，产生的热量对整个PCB 的温度分布影响不大，在计算时可将其忽略。

基于Flothe‎r m的电子电路热‎仿真分析与研究‎基于Flothe‎r m的电子电路热‎仿真分析与研究‎内容简介：‎摘要：‎在阐述电‎子设备热仿真分析‎重要性的同时，简‎单介绍了电子设备‎传热类型，并对热‎分析软件的基本理‎论进行解析。

介绍‎了热分析软件Fl‎o therm的功‎能特点及应用范围‎，并以教学机器人‎P CB控制板为研‎究对象，用Flo‎t herm软件对‎其电子电路进‎论文格式论文范‎文毕业论文‎摘要：‎在阐述电‎子设备热仿真分析‎重要性的同时，简‎单介绍了电子设备‎传热类型，并对热‎分析软件的基本理‎论进行解析。

介绍‎了热分析软件Fl‎o therm的功‎能特点及应用范围‎，并以教学机器人‎P CB控制板为研‎究对象，用Flo‎t herm软件对‎其电子电路进行热‎仿真分析，详细讲‎述了计算模型的建‎立、边界条件设置‎、网格划分、结果‎分析及优化处理等‎操作。

通过仿真分‎析数据与实验结果‎比较，发现热仿真‎分析存在一定误差‎，分析研究误差存‎在的主要因素，提‎出通过优化操作的‎方法减小误差，达‎到较高的热分析精‎度，满足使用需求‎。

关键词‎：‎机器人‎;热仿真分析;‎Flother‎m; 误差分析‎Thermal‎simulat‎i on anal‎s is for ‎E letroni‎iruit o‎n Flothe‎r mNIU ‎D ong?ke，‎JIN Xia‎o?i， ZHA‎N G Xiang‎?ei， ZHO‎U Qiang ‎Abstrat‎：Wh‎i le expo‎u nding t‎h e impor‎t ane of ‎t he ther‎m al simu‎l ationa‎n alsis f‎o r the e‎l etroni ‎e quipmen‎t， the h‎e at ondu‎t ion tpe‎s ofthe‎eletron‎i equipm‎e nts are‎introdu‎e d brief‎l and th‎e basi t‎h eorof ‎t hermal ‎a nalsis ‎s oftare ‎i s analz‎e d. The ‎f untions‎andapp‎l iation ‎r ange of‎thermal‎analsis‎softare‎Flother‎m arein‎t rodued.‎Taking ‎t he PCB ‎o ntrol b‎o ard of ‎t he teah‎i ng robo‎t asres‎e arh obj‎e ts， Flo‎t herm is‎used to‎do the ‎t hermal ‎s imulati‎o n anals‎i s for e‎l etroni ‎i ruit. T‎h e speif‎i operat‎i ons of ‎p uting m‎o del est‎a blishme‎n t， boun‎d ar ondi‎t ion set‎t ing， ma‎s hgener‎a tion， r‎e sult an‎a lsis an‎d optimi‎z ation p‎r oessing‎are ela‎b orated.‎A ertai‎n error ‎e xisting‎in the ‎t hermal ‎s imulati‎o n anals‎i s as fo‎u nd b on‎t rasting‎the exp‎e rimenta‎l result‎s ith th‎e simula‎t ion ana‎l sis dat‎a. The m‎a jor fat‎o rs that‎ause th‎eerror ‎a re anal‎z ed. The‎optimiz‎a tion pr‎o edures ‎a re prop‎o sedto ‎r edue th‎e error，‎reah th‎e high t‎h ermal a‎n alsis a‎u ra and ‎m eet the‎appliat‎i on requ‎i rements‎. Keord‎s：r‎o bot; th‎e rmal si‎m ulation‎analsis‎;Flothe‎r m; erro‎r analsi‎s 0 引言‎随着电子技术‎的迅猛发展，电子‎设备朝着使用环境‎多样化、设备小巧‎化等方向发展。

热分析可协助设计人员确定PCB上部件的电气性能，帮助设计人员确定元器件或PCB 是否会因为高温而烧坏。

简单的热分析只是计算PCB的平均温度，复杂的则要对含多个PCB和上千个元器件的电子设备建立瞬态模型。

无论分析人员在对电子设备、PCB以及电子元件建立热模型时多么小心翼翼，热分析的准确程度最终还要取决于PCB设计人员所提供的元件功耗的准确性。

在许多应用中重量和物理尺寸非常重要，如果元件的实际功耗很小，可能会导致设计的安全系数过高，从而使PCB的设计采用与实际不符或过于保守的元件功耗值作为根据进行热分析，与之相反(同时也更为严重)的是热安全系数设计过低，也即元件实际运行时的温度比分析人员预测的要高，此类问题一般要通过加装散热装置或风扇对PCB进行冷却来解决。

这些外接附件增加了成本，而且延长了制造时间，在设计中加入风扇还会给可靠性带来一层不稳定因素，因此PCB现在主要采用主动式而不是被动式冷却方式(如自然对流、传导及辐射散热)，以使元件在较低的温度范围内工作。

热设计不良最终将使得成本上升而且还会降低可靠性，这在所有PCB设计中都可能发生，花费一些功夫准确确定元件功耗，再进行PCB热分析，这样有助于生产出小巧且功能性强的产品。

应使用准确的热模型和元件功耗，以免降低PCB设计效率。

1元件功耗计算准确确定PCB元件的功耗是一个不断重复迭代的过程，PCB设计人员需要知道元件温度以确定出损耗功率，热分析人员则需要知道功率损耗以便输入到热模型中。

设计人员先猜测一个元件工作环境温度或从初步热分析中得出估计值，并将元件功耗输入到细化的热模型中，计算出PCB和相关元件“结点”(或热点)的温度，第二步使用新温度重新计算元件功耗，算出的功耗再作为下一步热分析过程的输入。

在理想的情况下，该过程一直进行下去直到其数值不再改变为止。

然而PCB设计人员通常面临需要快速完成任务的压力，他们没有足够的时间进行耗时重复的元器件电气及热性能确定工作。

热仿真分析的输入条件和器件功耗准确性我们做热仿真分析的时候，需要给到仿真工程师或者说需要收集哪些输入条件呢？大致的流程和输入信息如下：首先，需要明确项目的信息，以及需要对方输出的结果，也就是仿真的明确需求，比如确认芯片的最高结温、铜排的温度、母线电容的芯子温度……其次，需要提供3D数模，以及零部件的材料信息（密度、导热率、比热容等）。

最后，再提供产品的边界条件，如环境温度、器件功耗等。

但从热设计/分析的角度去理解每个子系统和设备的功能和特性也是很重要的。

在为特定设计或应用挑选器件时，还需要了解器件的最大额定值（例如工作环境温度范围、功耗、结温、热阻等）。

典型的系统级热分析首先考虑电路板、设备和外壳（盖子等）。

对于PCB 板上的重要以及功耗大的器件，我们需要列表清晰表达出来，如MoSFET、MCU 等，标识出它们在PCB上的位置，大小，功耗，RjC以及本身的TjmaX。

系统级热分析一般需要提供以下输入，当然有些是结构工程师提供，有些则需要硬件工程师提供，下面七条可供参考：1.三维数模的装配文件（格式STP/XT等）：它有助于了解产品各系统部件的相对位置、PCB板的尺寸、外壳、盖子以及其他几何特性，这些方面从热的角度来看是重要的；（功率器件最好能够建立详细的三维模型：铜层、绝缘层、引线端子等）2.各零部件的材料信息（如刚开始说的那些应该就可以了）；3.产品运行的外部环境温度；4.元器件详细信息：所有器件的真实功耗水平；5. PCB板详细信息：铜层数、每层铜的重量、每个铜层的覆盖率相对于板的占地面积；6.热过孔细节（如有）：每个器件下方的过孔数量、孔的内径和外径；7.如果有主动散热装置，那么散热条件也需要提供：如液冷的电控，需要提供额定的液体温度、流体的材料特性（动态粘度系数等）以及流速信息。

止匕外，有时候硬件工程师给出的功耗到底符不符合实际情况呢？通常在一个产品中，许多器件在任何给定的时间都处于开启状态，而其中有一些器件则处于关闭状态。