2 热设计的路径
1)路径一提高元件的工作温度范围区间,选用耐高温性能更好的元器件。然而此种方式将使得系统成本迅速提升,某些情况下还可能找不到合适元器件。这种方法在实际项目开发中不会作为首选方案采用。
2)路径二进行热设计,控制系统的温升。通过合理选型、元器件布局、热流通道设计,对系统在工作时产生的热量,快速有效地散到周边环境中,从而实现保护元器件的目的,进而实现热设计的需求。过去通常经过多轮实物验证和改进后进行控制;在当下计算机和工程分析软件成熟的条件下,开发中的热仿
真分析成为了主流。
3 车身控制模块热仿真分析
本项目中采用了FLoEFD软件对模块进行了分析。仿真计算包括了热的传导、对流和热辐射。
本文研究的车身集成控制模块集成了逻辑控制部分、电源分配和功率控制部分。工作时,温升来自熔断器、继电器、内部电源通路、熔断器和继电器与端子接触电阻、功率器件的输出、MCU运算等电阻产生的焦耳热。
通电且具有回路电路产生热量,从电子运动的概念中可以理解。维持电荷的移动需要消耗功率,最后转变为热量,以焦耳热公式表示如下
P=I2R(1)
式中:P----焦耳热功率:I----电流;R----电阻。
热量来源上述公式能够表述,其控制模块所控制的下游用电器功率是确定的,控制模块输出的电流基本核定。对于控制模块的几何形状不规则,但是还能够用几何的方法表达出来,所有各个回路的电流密度也可以计算得到。根据电工学公式,物体电阻计算公式如下
R= p L/S(2)
式中:R----电阻;p----电阻系数;L----物体长度;S----物体的横截面积。
本项目仿真分析中,在FLoEFD中建立祸合分析模型,通过有限元分析对电流密度、热量扩展进行求解。同时进行了实际的实物测试与仿真结果进行对比。
1)分析考虑了PCB板上布线的焦耳发热,继电器和熔断丝的功耗以及接触发热,进行整个产品的热趋分析。
2)负载电流参数按额定负载1.2倍输入。继电器负载功率按照0.64 W统一设定。
3)材料:铜、FR4和尼龙66。
4)环境温度:80℃。
5)判定标准:根据IVECO电器盒技术条件,在80℃环境温度、满负载、热平衡条件下,盒体最高温升不超过环境温度50℃。
本文中采用了FloEFD for CATIA V5,直接嵌入CATIA中,车身控制模块3维数据由CATIA创建。