Icepak 在开关电源热设计中的应用 - 广电电器网.PDF

电子发烧友 电子技术论坛 Icepak 在开关电源热设计中的应用 邱刚 马骏 钱飞龙 （上海新华电子设备有限公司，200245 ） 摘要：在开关电源中电子元器件在工作时会耗散大量热量，为保证元器件和电源的热可靠性， 热分析和热控制必不可少。Icepak 是目前较流行的专业的、面向工程师的电子产品热分析软件 之一，利用它，可大大减少计算量，缩短研制周期，降低成本。本文较详细地介绍了利用Icepak 进行开关电源热设计仿真的过程,并对计算结果进行分析、比较，得到最优化设计。 叙词：开关电源 热设计 Icepak 软件 1 引言 目前，开关电源已普遍应用在各类电子设备上，其单位功率密度也在不断提高。高功率密 3 3 3 3 度的定义从1991年的25W/in 。、1994年36 W/in 、1999年52 W/in ，到2001年的96 W/in ，目 前已高达数百瓦每立方英寸。由于开关电源中使用了大量的大功率半导体器件，如整流桥堆、 大电流整流管、大功率三极管或场效应管等器件。这些器件工作时会产生大量的热量，如果不 能把这些热量及时地排出并使之处于一个合理的水平，将会影响开关电源的正常工作，严重时 会损坏开关电源。为提高开关电源工作的可靠性，热设计在开关电源设计中是一个必不可少的 重要环节。实际工作中，合理利用热分析软件进行热设计，可提高产品一次成功率，缩短研制 周期，降低成本。Icepak是目前较流行的专业的、面向工程师的电子产品热分析软件之一，广 泛应用于通讯、汽车及航空电子设备、电源设备、通用电器及家电等行业。利用它，可以大大 减小开关电源热设计的难度，缩短研制周期，降低成本。 2 Icepak软件功能及特点简介 Icepak 是强大的 CAE 仿真软件工具，它能够对电子产品的传热，流动进行模拟，从而 提高产品的质量，大量缩短产品的上市时间。 Icepak 能够计算系统级（Systems）、组件级 （Components ）、封装级（Packages ）的问题。Icepak 采用的是 FLUENT 计算流体动力学 (CFD) 求解引擎。该求解器能够完成灵活的网格划分，能够利用非结构化网格求解复杂几何问题。多 点离散求解算法能够加速求解时间。该软件有如下技术特点： (1) 建模快速：利用各种形状的几何模型与现成的模型库可以方便的建立所求解问题的模 型。具有MCAD 、ECAD/IDF 直接输入接口。 电子发烧友 电子技术论坛 (2) 具有自动化的非结构化网格生成能力：可以逼近各种复杂的几何形状，大大减少网格 数目，提高模型精度。同时还支持结构化和非结构化的不连续网格，可在不降低模型精度情 况下减少网格数量以提高计算速度。 (3) 广泛的模型能力：涵盖强迫对流、自然对流和混合对流模型、热传导模型、流体与固 体之间的耦合传热模型、物体表面间的热辐射模型。另外，还可以模拟层流、紊流，瞬态及 稳态问题、多种流体介质问题。 、有限体积方法（Finite Volume (4) 强大的解算功能：具有强大的 CFD （计算流体力学） Method ）结构化与非结构化网格的求解器，并行算法，能够实现UNIX 或NT 的网格并行。 (5) 强大的可视化后置处理：分析结果可以通过视图的形式输出，包括速度矢量图、等值 面图、粒子轨迹图、网格图、切面云图、点示踪图等，非常直观。 Icepak 软件的具体使用步骤包括建模、加载初始条件、划分网格、检查气流、求解计算、 检查分析结果等等。 3 开关电源设计及仿真过程 下面给出了一个用 Icepak 软件实现上海新华电子设备有限公司开发的 XPR125-A-5 型 AC-DC 开关电源热设计的过程。 3.1 问题描述 该 125W 开关电源拓扑结构采用正激变换器电路，主要发热元器件包括：整流桥堆、升 压电感、场效应管、大电流整流管以及变压器等。散热方式采用散热片自然风冷，散