热仿真设计不仅可以计算系统温升分布,判断热设计是否合理,还可以指导优化散热器结构设计。
根据上一节描述的ICEPAK仿真案例计算得出,系统内部温升为82.03℃,远低于芯片设计最高耐热温度120℃的要求,热设计裕量较大。因此,在满足系统性能的前提下,可适当减小热设计裕量用于优化散热器结构设计,以获得最佳尺寸参数的散热器结构,用于辅助指导散热器结构的优化设计。
散热器结构优化
对散热器的翅片高度和翅片间距进行优化,保证设计系统温度不超过90℃。
1.定义参数变量
将散热器的翅片高度和翅片间距设定为可变参数,分别定义为fin_h和fin_s,设置fin_h的取值范围为10mm~40mm,fin_s的取值范围为2mm~10mm。通过Heat sinks属性选项框内的Geometry和Properties选项卡进行赋值定义。
2.参数设置
利用Solve→Run optimization功能打开parameters and optimization选项卡,先在Setup选项卡下点选optimization,然后在Design variables选项卡下设置可变参数的基本值及取值范围。
3.定义函数
定义系统最大温度函数为Max_temp,限制系统最大温升为90℃;并额外定义一个名为HS_mass的目标函数,使系统温度达到要求时散热器质量尽可能小。
4.求解计算
按上一节描述进行网格划分后运行求解计算,经迭代计算后ICEPAK给出最优的散热器参数值,对应fin_h为28mm,fin_s为4mm。
按此参数设计散热器后,经再仿真得出系统温升分布结果。可见,优化散热器结构后,系统最高温升为84.297℃,较初始散热器结构设计温升提高2.267℃,但仍可满足系统芯片最高耐热温度要求。
虽然优化后散热器散热性能略微降低,但优化后的散热器整体重量降低10%,对实现轻量化设计具有明显优势。以上就是利用ICEPAK进行散热器结构优化分析方法。