高速热仿真 - ansys.pdfVIP

电子 高速热仿真 仙童半导体的工程师使用降阶方法，能够显著缩短电动汽车和混合电动汽车电子组件的研发时 间。工程师采用 ANSYS Icepak 和 ANSYS Simplorer，分别进行热管理和多域系统设计工作， 并在高度保真的功率损耗条件下开展动态热分析，比完整 3D 热分析方法要快大约 2,000 倍。 作者：Roy Davis，美国 Ann Arbor 高级经理 Klaus Neumaier，仙童半导体德国慕尼黑研发工程师 电动汽车和混合电动汽车领域，许多我们在内燃机 明和计算行业提供了完整的低功率和高功率解决方案组合。 汽车中习以为常的系统必须采用迥然不同的实现方 典型的仙童转换器由六个绝缘栅双极晶体管（IGBT）阵列构 在 式。除了主动力总成的电机 - 发电机套装，部分 成，每个 IGBT 搭配一个反向并联二极管，用于将车辆电池组 辅助系统也要实现电气化。例如由于这些车辆的发动机不会持 提供的直流电压转换成驱动三相交流电压，从而驱动交流电 续运行，靠电力驱动的空调（AC）压缩机和变速箱油泵替代 机。每个“半桥”由两个 IGBT 和两个二极管构成，为电机的 了常见的辅助传动带驱动系统。所有这些电驱动装置都需要快 单相供电。单个 IGBT 和二极管对一起构成了一个双向开关， 速、高效、可靠的电力电子变换器。 结合逆变器中的其他开关，按照脉冲宽度调制方法工作，可生 半导体行业先驱品牌仙童半导体针对这类电力电子变换器 成控制电机所需的交流波形。通过 5 到 20KHz 频率开关这些 生产了多种类型的功率器件，并为移动、工业、云、汽车、照 IGBT，可以得到脉冲直流电压。经平均后就能够在各相产生 © 2016 ANSYS, INC. ANSYS ADVANTAGE 2016年 | 第1期 | 第X卷 21 电子 正弦波，各相三个正弦波间的相位差为 用了大量的工程时间。仙童工程师通过 120 度。这种三相正弦驱动能在电机内 ANSYS Icepak 研发出一种能在 ANSYS 产生旋转电场，通过闭环反馈系统精确 Simplorer 系统仿真环境中运行的系统 控制，从而产生驱动载荷所需的扭矩。 级线性时不变（LTI）降阶模型（ROM）， 电动或混合动力传动系统逆变器的 将热性能预测时间从数天、数小时压缩 额定功率介于 50KW 到 100KW 之间， 到数分钟，从而改进逆变器的设计流。 交流压缩机的功率在 6KW 的范围之 验证 ROM 方法 内，因此这些设备消耗的功率很大，热 仙童工程师为包括封装和外壳在 3D 热分析以高计算成本准确判断热状态。  管理对它们的设计十分重要。传统的方 内的三相逆变器创建了一个 Icepak 模 法是仿真电路，判断特定工作条件下的 型。他们运行了几次简单的仿真以验证 功耗。然后将这些功率损耗作为 3D 热 基础，该团队随后使用 Icepak 生成线 模型的精度，然后开展了稳态仿真。随 仿真的输入，用于预测 IGBT 和二极管 性时不变降阶模型（LTI ROM），能够 后他们在 Icepak 中针对一组输入和输 的结温。这种方法一般需要大约 8 小时 在 Simplorer 中用于仿真指定的电气和