電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告_-預(yù)覽頁
【正文】 .............................................................. 6 . 散熱器的優(yōu)化實(shí)施 ............................................................................................. 6 . Qfin軟件簡介 ............................................................................................................... 7 4. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與測試數(shù)據(jù) .............................................................................................................. 8 . 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ....................................................................................................................... 8 . 器件參數(shù) ....................................................................................................................... 8 . 實(shí)驗(yàn)步驟 ..................................................................................................................... 10 . 電路熱測量及計(jì)算 ........................................................................................... 10 . Qfin 軟件優(yōu)化散熱器 ...................................................................................... 11 5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié) ............................................................................................................ 17 6. 實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) ........................................................................................................................ 18 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 1 1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 在航空航天設(shè)備中，功率器件是大多數(shù)電子設(shè)備中的關(guān)鍵器件，其工作狀態(tài)的好壞直接影響到整機(jī)可靠性。 本實(shí)驗(yàn)課在進(jìn)行熱設(shè)計(jì)理論研究的基礎(chǔ)上，利用散熱器優(yōu)化軟件提出了散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從工程實(shí)用角度出發(fā)，根據(jù)航空航天設(shè)備體積小重量輕的要求，提出了功率器件散熱器工程優(yōu)化思想，即在滿足散熱要求的前提下綜合考慮散熱器的體積、重量和成本。 . 電源系統(tǒng)組成及工作原理 本次實(shí)驗(yàn)中用到的電源系統(tǒng)的原理圖如圖 所示： Vin + VoutADJU 1 LM 317R 1R 3C 5 R 8C 1 C 3R 01K 1Vin VoutADJC 10R 6U 2 LM 337R 2R 4C 6 R 9C 2 C 4R 02K 2C 8C 7 C 9R 5T 1Vin + 5 VGNDU 3 LM 7805C 13C 1 1 C 12R 0 3K 3C 14 R 7R 10T 2TAC220V 圖 電源系統(tǒng)電路原理圖 電路主要由三大部分組成：即變壓器，整流濾波電路，穩(wěn)壓電路。 電源電路元器件參數(shù)如表 所示。 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 4 各類電子元器件，都有其最佳的降額范圍。適用于設(shè)備故障對工作任務(wù)的完成只有小的影響，或可迅速、經(jīng)濟(jì)地加以修復(fù)。 熱設(shè)計(jì)是利用熱的傳遞特性，通過冷卻裝置控制電子設(shè)備內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在設(shè)備內(nèi)所處的工作環(huán)境條件下，不超過規(guī)定的最高允許溫度的設(shè)計(jì)技術(shù)。 在本實(shí)驗(yàn)電源系統(tǒng)中，集成穩(wěn)壓器是發(fā)熱量較大的關(guān)鍵器件，對其采用散熱器自然冷卻方式散熱，以保障安全正常的工作。因此，本實(shí)驗(yàn)在熱設(shè)計(jì)理論研究的基礎(chǔ)上，提出了功率器件的熱設(shè)計(jì)及散熱器優(yōu)化方案，即用建立熱阻網(wǎng)絡(luò)的方法，根據(jù)熱阻初選散熱器，在所選散熱器的基礎(chǔ)上，借助 Qfin 軟件對初選散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其主要幾何參數(shù)包括肋片長度、肋片厚度、肋片高度、肋片數(shù)、基座長度、基座厚度和基座寬度等。 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 6 選擇散熱器需要考慮幾個(gè)方面，即：安裝散熱器允許的空間、氣流流量和散熱器的成本等。 . 散熱器的優(yōu)化實(shí)施 經(jīng)過上述方法選擇的散熱器，功率器件在散熱器的輔助散熱之下工作結(jié)溫降至允許溫度之下。解決航空航天領(lǐng)域這一要求，就是使功率器件與散熱器的配套使用達(dá)到最優(yōu)匹配。先以散熱器質(zhì)量最輕為優(yōu)化目標(biāo)；涉及到的可變化的變量就是散熱器幾何參數(shù)，包括肋片的厚度、高度、長度以及基座長度、寬度和厚度等，對這些參數(shù)給出可控制的范圍即可得出質(zhì)量最輕的散熱器了。因此一般取優(yōu)化變量肋片厚度大于 1mm，基座長度要大于功率器件縱向長度以保證功率器件的正確安放。 Qfin包含常用的多種類型散熱器，熱源和材料的模型庫。它使用簡單、快速，有針對性，同時(shí)易于集成到其他熱設(shè)計(jì)軟件中。由前一典型功率器件實(shí)例的誤差分析中可知，這些簡化原則所帶來的誤差在要求范圍內(nèi)，能夠滿足工程要求。 ③ 將三用表置為電流檔，并將其串聯(lián)到各路輸入端，分別測量出三路輸入電流 IiIi Ii3。 ⑥ 計(jì)算各穩(wěn)壓器的功耗 P=Pi－ Po ⑦ 1K 、 2K 、 3K 閉合 (未降額狀態(tài) )， 10 分鐘后，分別測量穩(wěn)壓電路的三路輸入電壓 1iU 、 2iU 、 3iU ，三路的輸出電壓 1oU 、 2oU 、 3oU ，三個(gè)穩(wěn)壓器件的外殼溫度 1T 、 2T 、3T 。測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 所示。 通過分析散熱器優(yōu)化前后穩(wěn)壓器件的功率和殼溫?cái)?shù)據(jù)（見表 、表 ）可以看出，優(yōu)化前后穩(wěn)壓器件的功率基本沒有發(fā)生變化，但是優(yōu)化后散熱器的中心溫度較優(yōu)化前散熱器的中心溫度高了 57℃。 優(yōu)化后的散熱器的散熱效率有所降低，這一點(diǎn)可以通過優(yōu)化前后的瞬態(tài)分析圖得知：優(yōu)化后瞬態(tài)分析圖中溫度的變化率較快，說明其 散熱速度慢，不能及時(shí)有效散熱。經(jīng)過膠布的多次粘連并且加熱， LM317上面有一層粘狀物，影響了溫度的傳遞，應(yīng)該定 期清理 LM317 上面的污物。 （ 3） Qfin 軟件在仿真過程中將器件直接傳遞出的那部分熱量忽略不計(jì)，這也會(huì)使得仿真值大于實(shí)際值。本次實(shí)驗(yàn)有硬件測試還有軟件仿真，我們小組共有三名成員，在進(jìn)行硬件測試的時(shí)候有時(shí)需要三個(gè)人一起工作才能完成，有時(shí)則需要一兩個(gè)人，為了提高實(shí)驗(yàn)效率，我在進(jìn)行硬件測試的空閑時(shí)間里熟悉了 Qfin 軟件的使用，這樣在完成硬件測試后提高了軟件仿真的效率。功率器件是電子設(shè)備中發(fā)熱較多的關(guān)鍵器件，一般需采用散熱器以保障功率器件能安全正常的工作。所優(yōu)化出來的散熱器，不但質(zhì)量較之前的散熱器減輕了不少，而且散熱器體積及散熱器幾何結(jié)構(gòu)更為合理
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