基于Icepak的电机控制器热仿真
概述：在低压电驱系统中，电机控制器作为能量转换的关键部件，其内部包含大量的功率以及电子元件。温度对其工作的寿命以及性能会产生重要的影响，因此需要对控制器进行全面的热分析和评估。本文基于Icepake对低压控制器部分进行了热仿真，主要包含模型简化，材料等效，网格剖分和仿真计算部分，最后将实验结果和仿真结果作了对比分析。
第一部分：模型简化
通过3D处理工具DM/SCDM对模型进行处理，去掉对热影响较小的元器件，保留主要的功率器件和散热单元。如下图：
原始3D模型
简化后3D模型
第二部分：材料等效
将简化的模型输入一定的材料参数，一般热相关的材料参数包括三个：密度，比热，热传导系数。如下为主要核心散热元件的材料属性选择：
1- MOSFET等效模型以及材料参数
MOSFET模型采用双热阻网络进行简化（缺少真实的封装数据），如下图所示，在计算过程中Icepak将不对MOSFET模块内部进行网格剖分，仅仅对其六个外表见进行网格划分。
MOS管热模型等效--基于热阻网络
2- 散热基板等效模型以及材料参数
散热基板采用和端盖外壳相同的材料属性。
散热基板热参数设置
3- PCB & 铜排等效模型以及材料参数
PCB采用FR4材料，未对其敷铜率作定义；铜排采用CU-Pure 材料，功耗0.1W
第三部分：网格
网格的质量关系到计算的准确性和收敛性，将模型进行多级网格剖分，提高MOSFET，散热器和相变膜网格精细度。网格剖分后的结果如下图：
1-散热器网格概览
在该部分需要特别注意网格对CAD模型的贴合性，贴合不紧密的网格可能会对计算结果的准确性和收敛性产生影响。
2-网格质量参数评价
网格质量通过三个参数进行评定，由下图可以看出网格质量还是不错的
网格质量参数评估
第四部分：条件设定
边界条件设定要综合考虑模型的体量，计算的目标，以及对实际物理模型的评估，该模型为混合散热模型：传导-辐射-对流。因此需要考虑将迭代步骤加大至200，看最终的迭代效果。
损耗设定：
设定MOSFET的单个损耗为7.3W，铜排的单个损耗为0.1W
第五部分：仿真结果
该部分展示了Icepak最终的计算结果，可以从不同的维度呈现出控制器各个温度场的分布，而计算结果的准确性则和模型的合理简化，网格的精细剖分，收敛曲线的表现相关。
仿真条件：额定工况，MOS总体损耗263W，单个损耗为7.3W，铜排固定损耗0.1W，风速1.1m/s
MOSFET表面温度场分布
仿真条件：额定工况，MOS总体损耗263W，单个损耗为7.3W，铜排固定损耗0.1W，风速1.1m/s
控制器腔体内外部温度分布
仿真条件：额定工况，MOS总体损耗263W，单个损耗为7.3W，铜排固定损耗0.1W，风速1.1m/s
收敛曲线以及监控点表现
测试仿真数据对比
由以下实验数据对比可以看出，模型的计算结果和实际的测量结果基本一致，模型的计算结果获得了很好的计算精度。
小结：
本文展示了基于Icepak对低压电机控制进行热分析的一般过程，通过ICEPAKE对低压控制器部分进行建模和热仿真分析，其仿真结果可以评估控制器内部的温度分布。该结果和实验室测得的结果基本保持了一致，对于实际的工况研究，是有力的数据验证和理论支撑。
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