Презентация_TIDA-010056 (1)

1.

КУРСОВАЯ РАБОТА
Дисциплина «Датчики физических величин»
Моделирование температурного
поля печатной платы силового
каскада BLDC-привода
TIDA-010056
Выполнил студент гр. 5130901/30102
Шичков Н.А.
СПбПУ Петра Великого · 2026

2.

АКТУАЛЬНОСТЬ · ЦЕЛЬ · ЗАДАЧИ
Зачем нужен тепловой анализ
АКТУАЛЬНОСТЬ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Плата работает без радиатора — теплоотвод идёт
только за счёт естественной конвекции. Оценка
температурного поля критична для надёжности.
Построить и исследовать модель температурного поля платы
TIDA-010056 и выявить наиболее нагруженные зоны.
54 В
1,5 кВт
70×69
мм
напряжение питания
выходная мощность
площадь платы
Непрерывный ток 25 А (СКЗ) при пиковом до 400 А —
высокая плотность тепловыделения в силовых ключах.
ЗАДАЧИ
1
Изучить конструкцию платы и выделить основные элементы
2
Построить геометрическую модель и задать граничные условия
3
Выполнить моделирование, оценить распределение температуры
4
Сформулировать выводы о тепловом состоянии конструкции
02

3.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Печатная плата TIDA-010056
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Q1–Q6
U1
Драйвер затворов DRV8350R
U2
Микроконтроллер MSP430FR2355
U3–U5
Усилители тока INA180
U6
Линейный стабилизатор TPS709
U7
Датчик температуры TMP235
C1–C3
J1
Силовой каскад BLDC-привода · Texas Instruments
Силовые MOSFET-ключи (трёхфазный мост)
Конденсаторы звена постоянного тока
Силовой клеммник питания
03

4.

МОДЕЛИРОВАНИЕ · 2D
Геометрическая модель и сетка
Геометрическая модель платы
Конечно-элементная сетка
04

5.

МОДЕЛИРОВАНИЕ · 3D
Трёхмерная модель и сетка
Трёхмерная геометрическая модель
Сетка 3D-модели
05

6.

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Температурное поле платы
Tmax
64,71 °C
в базовом режиме
ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ
α = 12 Вт/(м²·К)
T₀ = 0 °C
Наибольший нагрев — в зоне силовых MOSFETключей Q1–Q6
06

7.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Зависимость Tmax от α
α, Вт/(м²·К)
Tmax, °C
160
4
157,7
140
8
90,9
120
12
65,5
16
51,8
20
43,15
24
37,14
28
32,7
180
Tmax, °C
158
91
100
80
66
52
60
43
37
40
33
20
0
4
8
12
16
α, Вт/(м²·К)
20
24
28
Нелинейный убывающий характер: наибольший
эффект охлаждения достигается при малых
значениях α.
07

8.

АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ
Зависимость Tmax от T₀
120
105
T₀, °C
Tmax, °C
0
64,71
5
69,71
10
74,71
15
79,71
20
84,71
25
89,71
30
94,71
35
99,71
40
104,71
100
95
100
90
85
80
75
Tmax, °C
80
70
65
60
40
20
0
0
5
10
15
20
T₀, °C
25
30
35
40
Строго линейный рост: каждый градус T₀
повышает Tmax ровно на 1 °C.
08

9.

ВЫВОДЫ
Температурное поле платы имеет выраженно неоднородный локальный характер
Наибольший нагрев — в зоне силовых MOSFET-ключей Q1–Q6 трёхфазного моста
Tmax(α) — нелинейная убывающая; Tmax(T₀) — строго линейная зависимости
В базовом режиме (64,71 °C) плата работает у верхней границы допустимого режима
Для повышения надёжности рекомендуется принудительный обдув зоны ключей
09