CN116776596A - 一种功率模块的仿真分析方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率模块的仿真分析方法、装置、设备及介质。该方法包括：获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；确定满足模块设计需求信息的功率模块的数模模型；对数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；根据性能仿真场景组对待仿真功率模型进行仿真，结合模块设计需求信息确定待仿真功率模型的性能分析结果。通过设定的性能仿真场景组进行功率模块的仿真，填补了目前针对功率模块的多物理场耦合仿真流程空缺，实现了功率模块多物理场耦合仿真，完成功率模块多物理场耦合仿真数据传递闭环，提高了仿真效率，减小了耦合不当带来的误差。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种功率模块的仿真分析方法、装置、设备及介质。
背景技术
随着汽车领域的快速发展，新一代以SiC为代表的宽禁带半导体材料在车载功率模块市场上占有广泛前景。SiC以其高压、高温及高频的特性成为高功率密度电力电子应用场合的首选。而针对于1200V、750V等不同模块特性参数与封装结构，由于在功率模块工作运行时，模块处在一个复杂多物理场环境，会收到来自不同物理因素影响的相互作用，可能会对模块工作的可靠性造成影响。
现有技术通常采用Maxwell、steady-statethemral和steady-state structural等仿真软件对功率模块进行耦合场仿真分析，来减少由于设计封装缺陷带来的模块工作可靠性影响。
但通过这些仿真软件所能实现的仿真场景较为单一，对功率模块整体进行仿真场景的仿真分析，缺乏针对性，并且进行耦合场仿真分析时很容易因为耦合方法不对而导致耦合错误，不仅降低仿真效率还会带来仿真误差。
发明内容
本发明提供了一种功率模块的仿真分析方法、装置、设备及介质，以实现对车规级功率模块的多物理场耦合仿真。
根据本发明的第一方面，提供了一种功率模块的仿真分析方法，包括：
获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，所述性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；
确定满足所述模块设计需求信息的功率模块的数模模型；
对所述数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；
根据所述性能仿真场景组对所述待仿真功率模型进行仿真，结合所述模块设计需求信息确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
根据本发明的第二方面，提供了一种功率模块的仿真分析装置，包括：
信息获取模块，用于获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，所述性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；
第一确定模块，用于确定满足所述模块设计需求信息的功率模块的数模模型；
第二确定模块，用于对所述数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；
第三确定模块，用于根据所述性能仿真场景组对所述待仿真功率模型进行仿真，结合所述模块设计需求信息确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的功率模块的仿真分析方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的功率模块的仿真分析方法。
本发明实施例的技术方案，通过获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；确定满足模块设计需求信息的功率模块的数模模型；对数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；根据性能仿真场景组对待仿真功率模型进行仿真，结合模块设计需求信息确定待仿真功率模型的性能分析结果。通过设定的性能仿真场景组进行功率模块的仿真，填补了目前针对功率模块的多物理场耦合仿真流程空缺，实现了功率模块多物理场耦合仿真，完成功率模块多物理场耦合仿真数据传递闭环，提高了仿真效率，减小了耦合不当带来的误差。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例一提供的一种功率模块的仿真分析方法的流程图；
图2是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法的流程图；
图3是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中预处理的示例流程图；
图4是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中电学仿真场景的示例流程图；
图5是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中热学仿真场景的示例流程图；
图6是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中流场仿真场景的示例流程图；
图7是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中力场仿真场景的示例流程图；
图8是根据本发明实施例三提供的一种功率模块的仿真分析装置的结构示意图；
图9是实现本发明实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
图1为本发明实施例一提供了一种功率模块的仿真分析方法的流程图，本实施例可适用于对车规级功率模块进行多物理场耦合分析的情况，该方法可以由功率模块的仿真分析装置来执行，该功率模块的仿真分析装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该功率模块的仿真分析装置可配置于电子设备中。如图1所示，该方法包括：
S110、获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景。
在本实施例中，性能仿真场景组可以理解为用于完成多物理场耦合分析所构建的仿真分析场景。
具体的，性能仿真场景组可以预先设定在相应的存储介质中，处理器可以在使用的时候在库存储介质中对性能仿真场景组进行查找而获取，处理器还可以获取相关人员在相应的界面填写所形成的模块设计需求信息。
S120、确定满足模块设计需求信息的功率模块的数模模型。
在本实施例中，模块设计需求信息可以理解为相关人员设定的功率模块在实际应用中所要达到的要求。功率模块可以理解为车辆中进行功率转换的模块。数模模型可以理解为计算机可以读取分析的3D数模模型。
具体的，处理器可以根据模块设计需求信息，对模块衬板设计、模块端子设计、模块芯片布局、模块冷却水道等进行确定，得到满足模块设计需求信息功率模块的数模模型。
S130、对数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型。
在本实施例中，待仿真功率模型可以理解为进行简化及检查后的用于仿真的功率模型。
具体的，处理器可以对数模模型进行预处理，完成结构简化、干涉检查、材料选型、工程特性参数校核、电气简化和Boolean运算等，得到待仿真功率模型。
S140、根据性能仿真场景组对待仿真功率模型进行仿真，结合模块设计需求信息确定待仿真功率模型的性能分析结果。
在本实施例中，性能分析结果可以理解为用于判断在多物理场仿真后的各项指标是否满足模块设计需求信息的分析结果。
具体的，处理器可以根据性能仿真场景组所提供的各仿真场景中设定的仿真流程、仿真所需的参数设计及网格划分方式等对待仿真功率模型进行仿真部件的确定及运行仿真，确定在不同物理场下的仿真结果，并将仿真结果与模型设计需求信息进行比对，得到性能分析结果。
本发明实施例的技术方案，通过获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；确定满足模块设计需求信息的功率模块的数模模型；对数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；根据性能仿真场景组对待仿真功率模型进行仿真，结合模块设计需求信息确定待仿真功率模型的性能分析结果。通过设定的性能仿真场景组进行功率模块的仿真，填补了目前针对功率模块的多物理场耦合仿真流程空缺，实现了功率模块多物理场耦合仿真，完成功率模块多物理场耦合仿真数据传递闭环，提高了仿真效率，减小了耦合不当带来的误差。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法的流程图，本实施例是在上述实施例基础上的进一步细化，如图2所示，该方法包括：
S201、获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景。
S202、确定满足模块设计需求信息的功率模块的数模模型。
S203、对数模模型进行结构简化及干涉检查，确定第一待仿真功率模型。
在本实施例中，第一待仿真功率模型可以理解为经过简化及检查后的功率模型。
具体的，处理器可以先对数模模型进行Spacecliam处理，完成结构简化和干涉检查，其中干涉检查主要考量重复边、额外曲线等影响因素，结构简化主要在不影响模块性能的圆角、筋、冲孔等简化，进行流体计算，得到第一待仿真功率模型。
S204、对第一待仿真功率模型进行工程材料的确定，得到第二待仿真功率模型。
在本实施例中，第二待仿真功率模型可以理解为确定了工程参数校验及材料选型的功率模型。
具体的，处理器可以将第一待仿真功率模型导入DesignModeler，进行材料选型及工程特性参数校核，其中材料选型包括S-N曲线、特征特性参数等。
S205、确定第二待仿真功率模型中满足电气简化条件的数模部件。
在本实施例中，电气简化条件可以理解为预先设定的可以进行电气简化的部件表。
具体的，处理器可以将第二待仿真功率模型中的部件与电气简化条件中包括的部件进行比对，确定在满足电气简化条件的数模部件。
示例性的，电气简化条件中的部件可以包括冷却水道、clip铜排、绑定线、SNS焊层、chip、NTC热敏电阻、功率芯片及绑定线等。
S206、按照预设的简化级别表对数模部件进行电气简化及整体规划，确定待仿真功率模型。
在本实施例中，简化级别表可以理解为不同部件及简化级别对应的表。
具体的，处理器可以在预设的简化级别表中确定数模部件对应的简化级别，按照简化级别对数模部件进行简化，并可以通过Boolean运算进行整体规划来减小模块边际效益。
示例性的，针对冷却水道、clip铜排、绑定线及SNS焊层等(CAD对象)优先采取Level3级电气简化，Level2对应多边形拟合的部件，针对chip、NTC热敏电阻、功率芯片及绑定线等(棱柱、圆柱拟合)，一般优先采取Level1电气简化。其中，不同电气简化Level选取主要根据工程经验和模型仿真分析中该数模部件是否属于介质交互或边界条件设置来划分。
S207、将待仿真功率模型导入电学仿真场景，通过电学仿真场景对待仿真功率模型进行电学仿真，确定待仿真功率模型的电学寄生参数。
在本实施例中，电学仿真场景可以理解为建立的电学仿真模型。电学寄生参数可以理解为电路中寄生元件的参数。
具体的，处理器可以将待仿真功率模型导入预先构建的电学仿真场景，通过电学仿真场景对待仿真功率模型进行电学仿真，确定待仿真功率模型的电学寄生参数。
示例性的，处理器可以将待仿真功率模型导入Q3DExtrator电学仿真场景，进行模型加载、Sink、Source加载面确定，控制频率设定、Validation Check及仿真求解，得到电学寄生参数，其中，控制频率的设定可以依靠人工经验或对模块设计需求信息的解析而获得。
S208、将待仿真功率模型导入热学仿真场景，通过热学仿真场景对待仿真功率模型进行热学仿真，确定待仿真功率模型的热损耗信息。
在本实施例中，热学仿真场景可以理解为预先建立的热学仿真模型。电学寄生参数可以理解为电路中寄生元件的参数。
具体的，处理器可以将待仿真功率模型导入预先构建的热学仿真场景，通过热学仿真场景所提供的方法步骤对待仿真功率模型进行热学仿真，确定待仿真功率模型的热损耗信息。
进一步的，可以将通过热学仿真场景对待仿真功率模型进行热学仿真，确定待仿真功率模型的热损耗信息的步骤进一步优化为：
a1、根据模块设计需求信息进行激励设计，并对待仿真功率模型的大小、方向及面进行指定，确定待划分模型。
具体的，处理器首先可以进行Maxwell处理可以根据模块设计需求信息进行Excitation激励设计，并对待仿真功率模型的Current大小、方向及面进行指定，确定待划分模型。
b1、对待划分模型进行网格划分，确定进行热学仿真的热学部件。
在本实施例中，热学部件可以理解为需要进行热学仿真的部件。
具体的，处理器可以对待划分模型进行Mesh网格划分，并按照设定的修正方式对错误进行修正，得到需要进行热学仿真的热学部件。
示例性的，当仿真进行不同形式叹号报错时，首先考虑是否由于是由3D数模Mesh网格划分问题，其次再考虑是否是由于接触问题引起的接触失效问题。当软件出现红色提示时，处理器可以认定为模块某些面特征网格划分不正确，需要对该区域网格进行Refinement处理，如果该仿真在Mechanical中，处理器可以将Refinement处理设置中的ScopingMethod设置为GeometrySelection，Geometry设置为7892Faces，Suppressed设置为No，并取消勾选Refinement1。而在icepak中同理，处理器可以在模型树下选择Editmeshparameters，在弹出的Per-ojbectparameters面板进行网格加密设置，选择Objectparams，左边区域包含所有的模型对象，右边区域表示对不同的对象进行加密的输入面板，此方法可以同时应用于对多个同类模型对象进行参数设置。
c1、根据预设规范模型对模块设计需求信息中的工况信息进行规范处理，设定待仿真部件的工况参数信息。
具体的，处理器可以根据预设规范模型对模块设计需求信息中的工况信息进行查找，并按照设定的规范化算法进行规范处理，设定待仿真部件的工况参数信息。
d1、按照工况参数信息及激励设计对热学部件进行仿真，得到热损耗信息。
具体的，处理器可以按照工况参数信息及激励设计通过构建的电学仿真场景对热学部件进行仿真，得到各热学部件的热损耗信息，如Clip或铜排、键合线等电热损耗。
S209、将待仿真功率模型导入力场仿真场景，通过力场仿真场景对待仿真功率模型进行力场仿真，确定待仿真功率模型的瞬稳态应力信息。
在本实施例中，稳瞬态应力信息可以理解为机械应力、稳态热应力及瞬态热应力所构成的信息。
具体的，处理器可以将待仿真功率模型导入力场仿真场景，通过力场仿真场景所对应的仿真步骤及仿真设计对待仿真功率模型进行力场仿真，确定待仿真功率模型的瞬稳态应力信息。
进一步地，可以将通过力场仿真场景对待仿真功率模型进行力场仿真，确定待仿真功率模型的瞬稳态应力信息的步骤优化为：
a2、提取力场仿真场景中包括的力场仿真子场景、稳态热力场仿真子场景及瞬态热力场仿真子场景。
具体的，力场仿真分析场景中包括多个子场景，处理器可以按照各子场景的顺序进行提取，得到力场仿真子场景、稳态热力场仿真子场景及瞬态热力场仿真子场景。
b2、通过力场仿真子场景结合模块设计需求信息，对待仿真功率模型进行第一几何材料定义、第一模块部件接触设置、第一应力网格划分及边界条件设置，得到机械应力失效信息。
具体的，处理器可以通过steady-statestructural力场仿真子场景进行Mechanical处理结合模块设计需求信息，对待仿真功率模型进行第一几何材料定义、第一模块部件接触设置、第一应力网格划分及边界条件设置，其中，边界条件包括对模块求解的固定工况参数(如固定/角支撑、温度、应力矢量)得到机械应力失效信息。
c2、通过稳态热力场仿真子场景结合模块设计需求信息，对待仿真功率模型进行第二几何材料定义、第二模块部件接触设置、第二应力网格划分及第一分析工况设置，得到稳态热应力信息。
具体的，处理器可以将通过力场仿真子场景仿真后的待仿真功率模型导入Steady-StateThermal通过稳态热力场仿真子场景Steady-State Thermal结合模块设计需求信息，对待仿真功率模型进行第二几何材料定义、第二模块部件接触设置、第二应力Mesh网格划分及第一分析工况设置，其中，第一分析工况主要包括对内部热生成定义、温度定义、电流电压输入、传热方式(如热传导、热对流及热辐射等方式)，最后通过电流密度、热通量、焦耳热等参数的求解，得到稳态热应力信息。
d2、通过瞬态热力场仿真子场景结合模块设计需求信息，对待仿真功率模型进行第三几何材料定义、第三模块部件接触设置、第三应力网格划分及第二分析工况设置，得到瞬态热应力信息。
具体的，处理器可以将通过力场仿真子场景仿真后的待仿真功率模型导入TransientThermal，通过瞬态热力场仿真子场景TransientThermal结合模块设计需求信息，对待仿真功率模型进行第三几何材料定义、第三模块部件接触设置、第三应力网格划分及第二分析工况设置，其中，第二分析工况主要包括对内部热生成定义、温度定义、电流电压输入、传热方式(如热传导、热对流及热辐射等方式)，最后通过电流密度、热通量、焦耳热等参数的求解，得到瞬态热应力信息。
e2、根据机械应力失效信息、稳态热应力信息及瞬态热应力信息，确定待仿真功率模型的瞬稳态应力信息。
具体的，处理器可以将机械应力失效信息、稳态热应力信息及瞬态热应力信息，确定待仿真功率模型的瞬稳态应力信息。
S210、对待仿真功率模型进行优化，得到流场仿真功率模型。
具体的，处理器可以对待仿真功率模型进行优化，得到流场仿真功率模型。
进一步地，可以将对待仿真功率模型进行优化，得到流场仿真功率模型的步骤优化为：
a3、对待仿真功率模型进行冷却工质抽取，得到第一功率模型。
b3、对第一功率模型进行冷却工质分割，得到第二功率模型；
c3、对第二功率模型进行进出口设计，得到第三功率模型；
d3、对第三功率模型进行针翅结构切分，得到流场仿真功率模型。
具体的，处理器可以通过Spaceclaim进行冷却工质抽取，得到第一功率模型，Spaceclaim进行冷却工质分割得到第二功率模型，将第二功率模型通过DesginModeler进行流体进出口设计，得到第三功率模型，最终对第三功率模型通过DesginModeler进行模块pinfin(针翅结构)切分，得到流场仿真功率模型。
S211、将流场仿真功率模型导入流场仿真场景，通过流场仿真场景对流场仿真功率模型进行流场仿真，确定待仿真功率模型的流体温度信息。
具体的，处理器可以将流场仿真功率模型导入流场仿真场景，通过流场仿真场景中包括的参数及步骤对流场仿真功率模型进行流场仿真，确定待仿真功率模型的流体温度信息。
进一步地，通过流场仿真场景对流场仿真功率模型进行流场仿真，确定待仿真功率模型的流体温度信息的步骤可以包括：
a4、基于模块设计需求信息，对流场仿真场景中的材料属性进行幅值及二维平面热源建立。
具体的，处理器可以基于模块设计需求信息，对流场仿真场景中的材料属性进行幅值，其中材料属性包括密度、热容及导热系数，再对二维平面热源进行建立，包括平面热源建立及属性损耗设置。
b4、对流场仿真场景中的流量参数进行设定并对空气域进行排空。
具体的，处理器可以对流场仿真场景中的流量参数(流量fans)进行设定，无需对压力进行设置，仅设置流量即可，通过出入口的压差及流量选择水泵，并对空气域进行排空。
c4、对到仿真功率模型中的观测点进行建立并进行网格划分，得到进行流场仿真的流体部件。
具体的，处理器可以对到仿真功率模型中的观测点进行建立并进行网格划分及网格修正，其中，网格划分包括Hexaunstructured(非结构化网格)、Hexacartesian(结构化网格)、Mesher-HD(六面体占优网格)，Level3仅可Mesher-HD网格划分，得到进行流场仿真的流体部件。
d4、对流场仿真场景中的求解工况、流体参数设置及求解步长进行设置，得到设置后的目标流场仿真场景。
具体的，处理器可以基于模块设计需求信息及接收的人为设定信息对流场仿真场景中的求解工况、流体参数设置及求解步长进行设置，其中，求解工况中包括仿真环境条件设置、默认材料属性设置(默认仿真为稳态仿真，可在transientsetup进行瞬态仿真设置)，得到各参数均设置好的目标流场仿真场景。
e4、按照目标流场仿真场景对流体部件进行仿真，确定待仿真功率模型的流体温度信息。
具体的，按照目标流场仿真场景对流体部件进行仿真，确定待仿真功率模型的流体温度信息。
S212、将电学寄生参数、热损耗信息、瞬稳态应力信息、流体温度信息及模块设计需求信息进行比对，确定待仿真功率模型的性能分析结果。
具体的，处理器可以将电学寄生参数、热损耗信息、瞬稳态应力信息、流体温度信息及模块设计需求信息进行比对，确定待仿真功率模型的性能分析结果。
本发明实施例的技术方案，通过对电、热、力及流四个物理场进行仿真场景的设定及各仿真场景之间的数据传输的设定，并通过设定的性能仿真场景组进行功率模块的仿真，确定在各个物理场下的仿真结果，实现了多物理场的耦合仿真，填补了目前针对功率模块的多物理场耦合仿真流程空缺，实现了功率模块多物理场耦合仿真，完成功率模块多物理场耦合仿真数据传递闭环，提高了仿真效率，减小了耦合不当带来的误差。
示例性的，为了便于理解本发明中预处理的流程，图3是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中预处理的示例流程图，如图3所示，首先对获取的模块设计需求信息进行判定，对模块的衬板、端子、芯片布局、冷却水道进行设计，绘制3D数模模型，并确定3D数模部件库，将确定出的数模模型导入Spaceclaim软件进行结构简化和干涉检查，再将处理后的模型导入至DesginModeler模型进行工程材料库建立及模型简化，通过材料选型、工程特性数据校核、电气简化和Boolean运算，得到预处理后的待仿真功率模型。
示例性的，为了便于理解本发明中电学仿真场景的电学仿真的流程，图4是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中电学仿真场景的示例流程图，如图4所示，首先将待仿真功率模型导入Q3DExtractor进行电学仿真场景处理，通过进行模型加载、Sink、Source确定、控制频率设定、ValidationCheck模型检查、仿真求解从而确定出电学寄生参数。
示例性的，为了便于理解本发明中电学仿真场景的热学仿真的流程，图5是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中热学仿真场景的示例流程图，如图5所示，首先将待仿真功率模型导入Maxwell进行热学仿真场景处理，通过Excitation激励设计、Current大小方向面指定、Mesh网格划分、工况参数设定，从而确定出Clip或铜排、键合线电热损耗的确定。
示例性的，为了便于理解本发明中电学仿真场景的流场仿真的流程，图6是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中流场仿真场景的示例流程图，如图6所示，首先对待仿真功率模型进行模型优化，通过Spaceclaim进行冷却工质抽取、冷却工质分割、流体进出口设计、模块pinfin切分，从而将模型优化后的结果导入Icepak进行流场仿真场景处理，通过材料属性幅值、二维平面热源建立、流量fans设定、空气域排空、观测点建立、网格划分、求解工况设置、流体参数设置及求解步长设置，从而运行仿真确定流场对应的仿真结果。
示例性的，为了便于理解本发明中电学仿真场景的力场仿真的流程，图7是根据本发明实施例二提供的一种功率模块的仿真分析方法中力场仿真场景的示例流程图，如图7所示，首先将待仿真功率模型导入Mechanical进行力场子仿真场景的仿真，通过几何材料定义、模块部件接触设置、Mesh网格划分及边界条件设置，从而确定出模块机械应力失效仿真，再得到的数据及模型分别导入至Steady-StateThermal进行稳态力场仿真及导入至TransientThermal进行瞬态力场仿真；通过Steady-StateThermal稳态力场仿真进行几何材料定义、模块部件接触设置、Mesh网格划分、分析工况设置、电流密度、热通量及焦耳热求解，从而完成稳态热应力仿真；通过TransientThermal瞬态力场仿真进行几何材料定义、模块部件接触设置、Mesh网格划分、分析工况设置、电流密度、热通量及焦耳热求解，从而完成瞬态热应力仿真。
实施例三
图8为本发明实施例三提供的一种功率模块的仿真分析装置的结构示意图。如图8所示，该装置包括：信息获取模块81、第一确定模块82、第二确定模块83及第三确定模块84。其中，
信息获取模块81，用于获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，所述性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；
第一确定模块82，用于确定满足所述模块设计需求信息的功率模块的数模模型；
第二确定模块83，用于对所述数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；
第三确定模块84，用于根据所述性能仿真场景组对所述待仿真功率模型进行仿真，结合所述模块设计需求信息确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
本发明实施例的技术方案，通过获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；确定满足模块设计需求信息的功率模块的数模模型；对数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；根据性能仿真场景组对待仿真功率模型进行仿真，结合模块设计需求信息确定待仿真功率模型的性能分析结果。通过设定的性能仿真场景组进行功率模块的仿真，填补了目前针对功率模块的多物理场耦合仿真流程空缺，实现了功率模块多物理场耦合仿真，完成功率模块多物理场耦合仿真数据传递闭环，提高了仿真效率，减小了耦合不当带来的误差。
进一步地，第二确定模块83具体用于：
对所述数模模型进行结构简化及干涉检查，确定第一待仿真功率模型；
对所述第一待仿真功率模型进行工程材料的确定，得到第二待仿真功率模型；
确定所述第二待仿真功率模型中满足电气简化条件的数模部件；
按照预设的简化级别表对所述数模部件进行电气简化及整体规划，确定待仿真功率模型。
进一步地，第三确定模块84包括：
电学确定单元，用于将所述待仿真功率模型导入所述电学仿真场景，通过所述电学仿真场景对所述待仿真功率模型进行电学仿真，确定所述待仿真功率模型的电学寄生参数；
热学确定单元，用于将所述待仿真功率模型导入所述热学仿真场景，通过所述热学仿真场景对所述待仿真功率模型进行热学仿真，确定所述待仿真功率模型的热损耗信息；
力场确定单元，用于将所述待仿真功率模型导入所述力场仿真场景，通过所述力场仿真场景对所述待仿真功率模型进行力场仿真，确定所述待仿真功率模型的瞬稳态应力信息；
模型确定单元，用于对所述待仿真功率模型进行优化，得到流场仿真功率模型；
流场确定单元，用于将所述流场仿真功率模型导入所述流场仿真场景，通过所述流场仿真场景对所述流场仿真功率模型进行流场仿真，确定所述待仿真功率模型的流体温度信息；
结果确定单元，用于将所述电学寄生参数、热损耗信息、瞬稳态应力信息、流体温度信息及所述模块设计需求信息进行比对，确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
其中，热学确定单元具体用于：
根据所述模块设计需求信息进行激励设计，并对所述待仿真功率模型的大小、方向及面进行指定，确定待划分模型；
对所述待划分模型进行网格划分，确定进行热学仿真的热学部件；
根据预设规范模型对所述模块设计需求信息中的工况信息进行规范处理，设定待仿真部件的工况参数信息；
按照所述工况参数信息及所述激励设计对所述热学部件进行仿真，得到所述热损耗信息。
其中，力场确定单元具体用于：
提取所述力场仿真场景中包括的力场仿真子场景、稳态热力场仿真子场景及瞬态热力场仿真子场景；
通过所述力场仿真子场景结合所述模块设计需求信息，对所述待仿真功率模型进行第一几何材料定义、第一模块部件接触设置、第一应力网格划分及边界条件设置，得到机械应力失效信息；
通过所述稳态热力场仿真子场景结合所述模块设计需求信息，对所述待仿真功率模型进行第二几何材料定义、第二模块部件接触设置、第二应力网格划分及第一分析工况设置，得到稳态热应力信息；
通过所述瞬态热力场仿真子场景结合所述模块设计需求信息，对所述待仿真功率模型进行第三几何材料定义、第三模块部件接触设置、第三应力网格划分及第二分析工况设置，得到瞬态热应力信息；
根据所述机械应力失效信息、稳态热应力信息及所述瞬态热应力信息，确定所述待仿真功率模型的瞬稳态应力信息。
其中，模型确定单元具体用于：
对所述待仿真功率模型进行冷却工质抽取，得到第一功率模型；
对所述第一功率模型进行冷却工质分割，得到第二功率模型；
对所述第二功率模型进行进出口设计，得到第三功率模型；
对所述第三功率模型进行针翅结构切分，得到流场仿真功率模型。
其中，流场确定单元具体用于：
基于所述模块设计需求信息，对所述流场仿真场景中的材料属性进行幅值及二维平面热源建立；
对所述流场仿真场景中的流量参数进行设定并对空气域进行排空；
对所述到仿真功率模型中的观测点进行建立并进行网格划分，得到进行流场仿真的流体部件；
对所述流场仿真场景中的求解工况、流体参数设置及求解步长进行设置，得到设置后的目标流场仿真场景；
按照目标流场仿真场景对所述流体部件进行仿真，确定所述待仿真功率模型的流体温度信息。
本发明实施例所提供的功率模块的仿真分析装置可执行本发明任意实施例所提供的功率模块的仿真分析方法，具备执行方法相应的功率模块和有益效果。
实施例四
图9示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备90的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
如图9所示，电子设备90包括至少一个处理器91，以及与至少一个处理器91通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)92、随机访问存储器(RAM)93等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器91可以根据存储在只读存储器(ROM)92中的计算机程序或者从存储单元98加载到随机访问存储器(RAM)93中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM93中，还可存储电子设备90操作所需的各种程序和数据。处理器91、ROM92以及RAM93通过总线94彼此相连。输入/输出(I/O)接口95也连接至总线94。
电子设备90中的多个部件连接至I/O接口95，包括：输入单元96，例如键盘、鼠标等；输出单元97，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元98，例如磁盘、光盘等；以及通信单元99，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元99允许电子设备90通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理器91可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器91的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器91执行上文所描述的各个方法和处理，例如功率模块的仿真分析方法。
在一些实施例中，功率模块的仿真分析方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元98。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM92和/或通信单元99而被载入和/或安装到电子设备90上。当计算机程序加载到RAM93并由处理器91执行时，可以执行上文描述的功率模块的仿真分析方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器91可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行功率模块的仿真分析方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种功率模块的仿真分析方法，其特征在于，包括：
获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，所述性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；
确定满足所述模块设计需求信息的功率模块的数模模型；
对所述数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；
根据所述性能仿真场景组对所述待仿真功率模型进行仿真，结合所述模块设计需求信息确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述数模模型进行预处理，确定待仿真功率模型，包括：
对所述数模模型进行结构简化及干涉检查，确定第一待仿真功率模型；
对所述第一待仿真功率模型进行工程材料的确定，得到第二待仿真功率模型；
确定所述第二待仿真功率模型中满足电气简化条件的数模部件；
按照预设的简化级别表对所述数模部件进行电气简化及整体规划，确定待仿真功率模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述性能仿真场景组对所述待仿真功率模型进行仿真，结合所述模块设计需求信息确定所述待仿真功率模型的性能分析结果，包括：
将所述待仿真功率模型导入所述电学仿真场景，通过所述电学仿真场景对所述待仿真功率模型进行电学仿真，确定所述待仿真功率模型的电学寄生参数；
将所述待仿真功率模型导入所述热学仿真场景，通过所述热学仿真场景对所述待仿真功率模型进行热学仿真，确定所述待仿真功率模型的热损耗信息；
将所述待仿真功率模型导入所述力场仿真场景，通过所述力场仿真场景对所述待仿真功率模型进行力场仿真，确定所述待仿真功率模型的瞬稳态应力信息；
对所述待仿真功率模型进行优化，得到流场仿真功率模型；
将所述流场仿真功率模型导入所述流场仿真场景，通过所述流场仿真场景对所述流场仿真功率模型进行流场仿真，确定所述待仿真功率模型的流体温度信息；
将所述电学寄生参数、热损耗信息、瞬稳态应力信息、流体温度信息及所述模块设计需求信息进行比对，确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述通过所述热学仿真场景对所述待仿真功率模型进行热学仿真，确定所述待仿真功率模型的热损耗信息，包括：
根据所述模块设计需求信息进行激励设计，并对所述待仿真功率模型的大小、方向及面进行指定，确定待划分模型；
对所述待划分模型进行网格划分，确定进行热学仿真的热学部件；
根据预设规范模型对所述模块设计需求信息中的工况信息进行规范处理，设定待仿真部件的工况参数信息；
按照所述工况参数信息及所述激励设计对所述热学部件进行仿真，得到所述热损耗信息。
5.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述通过所述力场仿真场景对所述待仿真功率模型进行力场仿真，确定所述待仿真功率模型的瞬稳态应力信息，包括：
提取所述力场仿真场景中包括的力场仿真子场景、稳态热力场仿真子场景及瞬态热力场仿真子场景；
通过所述力场仿真子场景结合所述模块设计需求信息，对所述待仿真功率模型进行第一几何材料定义、第一模块部件接触设置、第一应力网格划分及边界条件设置，得到机械应力失效信息；
通过所述稳态热力场仿真子场景结合所述模块设计需求信息，对所述待仿真功率模型进行第二几何材料定义、第二模块部件接触设置、第二应力网格划分及第一分析工况设置，得到稳态热应力信息；
通过所述瞬态热力场仿真子场景结合所述模块设计需求信息，对所述待仿真功率模型进行第三几何材料定义、第三模块部件接触设置、第三应力网格划分及第二分析工况设置，得到瞬态热应力信息；
根据所述机械应力失效信息、稳态热应力信息及所述瞬态热应力信息，确定所述待仿真功率模型的瞬稳态应力信息。
6.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述对所述待仿真功率模型进行优化，得到流场仿真功率模型，包括：
对所述待仿真功率模型进行冷却工质抽取，得到第一功率模型；
对所述第一功率模型进行冷却工质分割，得到第二功率模型；
对所述第二功率模型进行进出口设计，得到第三功率模型；
对所述第三功率模型进行针翅结构切分，得到流场仿真功率模型。
7.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述通过所述流场仿真场景对所述流场仿真功率模型进行流场仿真，确定所述待仿真功率模型的流体温度信息，包括：
基于所述模块设计需求信息，对所述流场仿真场景中的材料属性进行幅值及二维平面热源建立；
对所述流场仿真场景中的流量参数进行设定并对空气域进行排空；
对所述到仿真功率模型中的观测点进行建立并进行网格划分，得到进行流场仿真的流体部件；
对所述流场仿真场景中的求解工况、流体参数设置及求解步长进行设置，得到设置后的目标流场仿真场景；
按照目标流场仿真场景对所述流体部件进行仿真，确定所述待仿真功率模型的流体温度信息。
8.一种功率模块的仿真分析装置，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取性能仿真场景组及模块设计需求信息，其中，所述性能仿真场景组包括电学仿真场景、热学仿真场景、力场仿真场景及流场仿真场景；
第一确定模块，用于确定满足所述模块设计需求信息的功率模块的数模模型；
第二确定模块，用于对所述数模模型进行预处理，得到待仿真功率模型；
第三确定模块，用于根据所述性能仿真场景组对所述待仿真功率模型进行仿真，结合所述模块设计需求信息确定所述待仿真功率模型的性能分析结果。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的功率模块的仿真分析方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的功率模块的仿真分析方法。
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|---|---|---|---|
| CN202310735067.9A CN116776596A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 一种功率模块的仿真分析方法、装置、设备及介质 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117787017A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-03-29 | 中国第一汽车股份有限公司 | 车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备 |
-
2023
- 2023-06-20 CN CN202310735067.9A patent/CN116776596A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117787017A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-03-29 | 中国第一汽车股份有限公司 | 车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备 |
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