晶體管非線性熱分析

例題3晶體管非線性熱分析W3-2問題描述:使用例題2中建立的晶體管模型，進(jìn)行非線性熱分析。在這里，冷卻葉片失效，所有部件依靠與熱空氣進(jìn)行自由對(duì)流來冷卻。由于溫度更高，需要考慮隨溫度變化的材料特性和載荷。設(shè)計(jì)需要:晶體管溫度不能超過145C。在這個(gè)溫度下會(huì)出現(xiàn)“thermalrunaway”的失效方式，從而造成晶體管永久破壞。因此當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)一定要及時(shí)發(fā)現(xiàn)。TransistorAluminumheatsinkCopperisolatorplaneofsymmetry本例的ANSYS命令流文件見附錄CW3-3基本說明讀入例題2中的晶體管模型。輸入晶體管材料的隨溫度變化材料特性。輸入隨溫度變化的對(duì)流換熱系數(shù)。指定分析設(shè)置，載荷步控制并施加載荷:高功率操作時(shí)(20W)熱生成載荷當(dāng)外界空氣為60C時(shí)的隨溫度變化對(duì)流邊界條件。模擬附近高溫體的輻射施加的熱流載荷(2400W/m2)求解。結(jié)果后處理。W3-4例題3-前處理詳細(xì)步驟:1. 指定工作文件名為“nonlin”并讀入例題2中建立的模型“transistor.db”。2. 進(jìn)入前處理器并生成溫度表格50,100,150,and200C(MPTGEN)。5010015020040506070Temperature(C)ThermalConductivity(W/m/C)TransistorThermal

ConductivityData3. 輸入隨溫度變化的熱傳導(dǎo)系數(shù)材料特性(材料號(hào)為1)。對(duì)曲線插值并輸入材料特性表格(MPDATA)。繪圖檢驗(yàn)(MPPLOT).W3-5例題3-前處理(續(xù))4. 定義新的溫度表格溫度為50,75,100,150,175和200(MPTEMP)。5. 對(duì)曲線插值并輸入隨溫度變化的對(duì)流換熱系數(shù)，新材料號(hào)為4(MPDATA)。繪圖檢驗(yàn)(MPPLOT)。5010015020010152025Temperature(C)FilmCoefficient(W/m2/C)FreeConvection

FilmCoefficientDataW3-6

例題3-求解Symmetry熱流用來考慮其它設(shè)備的輻射:

q*=2400W/m2冷卻葉片的自由對(duì)流:h(T)

見圖表T=60C晶體管功率耗散:20W-高功率6. 進(jìn)入求解器并指定FullN-R選項(xiàng)。7. 指定均勻初始溫度為100C(TUNIF)。8. 施加高功率(20W)熱生成載荷到晶體管面上(BFA):9. 在圖上的線上施加熱流2400W/m2(SFL)。10. 將對(duì)流載荷直接施加到平面效果單元上。介質(zhì)溫度保持空白并在換熱系數(shù)指定(-4)(SFE)。11. 附加節(jié)點(diǎn)溫度指定為60C(D)。12. 查看所有施加的載荷(/PBC,/PSF,/PBF)。W3-7例題3-求解(續(xù))13. 求解控制打開(SOLCONTROL)。14. 所有時(shí)間步所有實(shí)體的求解項(xiàng)寫入結(jié)果文件(OUTRES)。15. 指定載荷步1的結(jié)束時(shí)間為(TIME)并讓自動(dòng)時(shí)間步選為“ProgramChosen”(AUTOTS)。指定子步初始數(shù)目為10(NSUB)，載荷階躍施加(KBC)。16. 將熱流速率收斂準(zhǔn)則收緊為公差0.0001。17. 標(biāo)題改為TransistorCooledbyFreeConvection”(/TITLE)。求解該載荷步(SOLVE)。

圖形窗口要顯示求解情況(GST)。W3-8例題3-后處理18.求解結(jié)束后，進(jìn)入通用后處理器查看ResultsSummary

列表是對(duì)哪一個(gè)序列進(jìn)行后處理(SET)。注意求解的數(shù)目和間距。在分析過程中ANSYS是否對(duì)時(shí)間步作了調(diào)整?

19.讀入最后在結(jié)果序列并只選擇體單元和節(jié)點(diǎn)(ESEL)。繪制節(jié)點(diǎn)溫度解(PLNSOL)。我們達(dá)到設(shè)計(jì)要求了嗎?我們與要求相差多少?W3-9例題3-后處理(續(xù))20. 選擇平面效果單元和節(jié)點(diǎn)。定義下列單元表選項(xiàng)(ETABLE): HFILM-面上對(duì)流換熱系數(shù) TBULK-介質(zhì)溫度 TAVG-面平均溫度

參照單元手冊(cè)的表4.151-2和4.151-3關(guān)于這些輸出數(shù)據(jù)的信息。21. 列出所有單元表項(xiàng)(PRETAB)。TBULK容易檢查。由于模型中溫度變化不大，TAVG和HFILM變化較小。對(duì)照換熱系數(shù)曲線檢查個(gè)別單元的數(shù)值。(要使用面溫度的平均數(shù)值和TBULK)。W3-1022. 選擇實(shí)體單元和節(jié)點(diǎn)。讀入其它結(jié)果序列，估計(jì)總載荷超過設(shè)計(jì)限制的百分比。

(注:在下一章你會(huì)學(xué)到更好的方法。)例題3-后處理(續(xù))W3-11例題3-結(jié)論例題3