长篇鬼故事 - 拓扑优化
拓扑优化
本文核心词：优化
拓扑优化（topology optimization）是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法，是结构优化的一种。
结构优化可分为尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。
以下是ac4278840中大佬狂飙神语的原文，垃圾王瑟瑟发抖
技术难度不存在？提高功率密度可以说是从功率电子这一学科开创以来一直追求的目标，热建模，高频建模，EMI，最优化开关频率，拓扑优化，数字控制，可靠性，哪一个单拎出来都能写好几本书可以去看一看littlebox挑战赛和IEEE的未来能源大赛，风扇散热也不是相加就加的，散热片的设计、多物理场建模都是很麻烦的事，集成到主板上你EMI怎么办？想要滤波器体积小那就得往高频做，不过频率提高带来的switchingloss，驱动，dv/dt的处理又是头大的事，这还没算上wbg器件本身可靠性的问题算了，打了很多字又删了，就这么跟你说吧，，电源里面占位置元件主要是EMI部分的电感，PFC部分的续流大电容和升压电感。PEM部分的变压器以及二次侧的续流电容。其他部分都是可以用SMT铁片的。相比较而言的桥堆、开关管放在电源边缘的散热片上其实占的位置并不算大。而PC电源的沉余电路并不多，笔记本适配器这种小功率的就更少。之所以这些电源做的这么大是因为，第一散热，第二用了较多的电解电容而不是MLCC（出于成本的考量）。。。至于你说的体积减小的高频开关电源，那是大功率**器电源的设计方向。这种小功率的电源（小于800W）采用LLC，双管正激，半桥或者更简单的forward就行了。而做的好的LLC几乎没有switchingloss，，，所以笔记本适配器和PC电源的体积这么大其实主要是成本因素制约，而不是技术因素电感体积和什么相关？电容体积与什么相关？归根到底就是频率问题，kolar做了很多最优化设计的研，electrolyticcapacitor-lessdesign也是一个研究热点，不过频率带来的问题是什么？还是那几个老问题，效率，控制、散热、EMI；没有switchingloss不意味着高效率，fundamentsofPE里重要论断就是switchingloss和conductionloss属于水床效应；另外散热可不只是小小的散热片这么简单的问题，热设计想做好非常难，不然NSF也不会投钱建POETS，littlebox第一名的亮点就是他家蜂窝散热器如果你关注高频发展的话你应该知道高频现在做不了大功率，*phi_2也就几十瓦说到成本，省成本的话最简单的路就是sensor-less，还能省不少空间，不过厂家有没有这技术就两说了，虽然最简单的lunbergerobserver也就是大三水平电感的体积虽然和感值密切相关，但是影响电感性能最大的其实是磁芯。所以设计变压器的设计经常会尝试使用一些新的磁芯材料。但是扯这么远其实是没有意义的，我的意思是说在现有成熟的技术下，笔记本适配器和PC电源其实可以做的比现在体积更小，，，，但是继续小的话，确实是有技术难度的。现在的工业电源的热点除了高频还有PFM，而工业化的量产电源趋势是LLC。相比较高频电源，我更加看好PFM。磁芯和air-gap不就是决定感值用的吗。。。PFM的话目前建模与稳定理论上似乎有些难点?我不是做PFM的，不是很清楚具体技术细节归根到底，想提高电源功率密度，不能只靠某种特定手段，工程设计总是在各种矛盾之间取舍。而且据我在21dianyuan和电源网上看，有一些版主技术很强，不过更多的是普通工程师的设计过于依赖经验试凑，特别是控制设计，完全是乱调，实际上不管是DCDC还是DCAC如果掌握了基本的控制理论的话完全可以利用基于模型设计而不是靠口诀东加加西减减，类似的，拓扑虽然目前看着都很成熟了，不过大牛总是能搞点新花样来提高性能，buck这玩意也算是业内常识性标杆电路了，不过Cuk就能搞个Cuk-Buck亮瞎众人眼。。
结构优化类型的差异
参照上图，设计参数即为优化对象，比如板厚、梁的截面宽、长和厚等。
形状优化：以结构件外形或者孔洞形状为优化对象，比如凸台过渡倒角的形状等。
形貌优化：是在已有薄板上寻找新的凸台分布，提高局部刚度。
拓扑优化：以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。
由此可见，拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。图示例子展示了尺寸优化、形状优化和拓扑优化在设计减重孔时的不同表现。
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