PhySim Electronic Technology Co., Ltd.
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案例應用丨 PCB電熱協同仿真分析實例：添加異形匯流條的PCB裸板電熱協同仿真分析
2024-06-21 16:44:00來源：芯瑞微
上期推文為大家介紹了使用芯瑞微(上海)電子科技有限公司推出的具有自主知識產權的多物理場仿真平臺PhysimML中的電熱協同仿真軟件PhysimET對添加匯流條的PCB進行電熱協同仿真的案例。PhysimET的仿真結果證明，添加匯流條后可以有效地降低整板的溫度及功耗。在部分應用場景中，匯流條的外型需要根據PCB layout進行定制，并非規則的長方體，本案例介紹了這種情況下，添加異形匯流條的電熱協同仿真分析過程。
一、仿真設置步驟
01案例模型導入
首先打開PhysimML，選擇需要仿真的案例并將其導入。該案例為某大型服務器的PCB中的一部分，導入后模型如圖所示。
案例TOP層設計視圖
L02層設計視圖
02 修改仿真材料信息
檢查疊層信息，修改相關材料，本例將所有金屬層的材料修改為Physim-ET自帶材料庫內的copper_20，即電導率隨溫度變化的金屬銅，將所有介質層的材料修改為FR4。
案例疊層設置
03構建電源回路
在Net Pane中選擇需要仿真的電源網絡和地網絡，如圖所示。
仿真網絡的設置
本案例中由一個六相電源為負載供電：將電源設置為Vsource，負載設置為Sink，電感設置為Discrete。
電氣模型類型設置
設置該多相電源的電壓值為12V;負載端載流120A。
電氣模型參數設置
04 提取電源樹
提取本案例的電源樹模型如圖所示。
電源樹模型
05 添加異形匯流條
PhysimET內嵌的Basic3D模塊，可以快速高效地創建、修改3D匯流條模型。
Basic3D中的匯流條模型
在Power Bar 3D Object中添加該匯流條模型,并調整其所在層與位置。
設置匯流條位置與層
設置完成后，可以查看加載匯流條后的PCB 3D模型，如下圖所示。
異形匯流條布局3D示意圖
設置熱仿真場景與條件 本案例的仿真場景為添加匯流條的裸板焦耳熱仿真，在軟件設置界面選擇Joule heating only即可。
06 熱仿真場景設置
設置仿真環境為自然對流，環境溫度25度，如下圖所示。
熱仿真條件設置
二、對比分析
仿真結束后，通過對比添加匯流條前后的電流密度仿真結果云圖，可以觀察到：匯流條起到了顯著的輔助載流作用。
添加匯流條前后的電流密度結果對比
對比添加匯流條前后的溫度分布結果，可以看出：添加匯流條后，該區域的溫度整體下降約2.1℃，且溫度的分布趨勢也有明顯優化。
添加匯流條前后的溫度結果對比
三、總結
PhysimET支持添加異形匯流條的電熱協同仿真分析，根據實際設計的需求而完成用戶的仿真分析。
通過PhysimET內嵌的Basic3D模塊，用戶可以方便快捷地導入、修改sat、step等通用格式的三維文件，也可在Basic3D內完全自主地設計、生成異型匯流條。
PhysimET采用了全3D網格剖分技術，將匯流條等外部結構和PCB整合建模后，共同進行網格剖分、仿真，從而確保了這類復雜場景下仿真結果的精度與可靠性。
