電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告_(存儲(chǔ)版)
【正文】 對(duì)散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣做的結(jié)果可能導(dǎo)致所選散熱器的散熱能力過(guò)盈或不足。在散熱器的選用或設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)基座的考慮主要注意兩個(gè)方面：基座的強(qiáng)度和基座加工的難度，基座的厚度如果太 薄，雖然可以減輕散熱器的質(zhì)量，但太薄的基座不能滿足強(qiáng)度的要求，而且還不易于加工。體積大，比較笨重，而且成本高。所以，實(shí)際工程優(yōu)化中優(yōu)化變量選取散熱器易于加工制造的幾何參數(shù)，基座的尺寸一般不易改變，因此一般不考慮改變基座 的幾何參數(shù)，而選取肋片參數(shù)作為優(yōu)化變量，比如散熱器的肋片長(zhǎng)度或者高度等。它還提供了全局和局部等多種類型的邊界條件，能夠解決強(qiáng)迫對(duì)流、自然對(duì)流、幅射、定常和非定常等多種熱物理模型。 . 器件參數(shù) 實(shí)驗(yàn)中用到的元器件參數(shù)如表 所示 表 元器件參數(shù)表 器件類型 器件編號(hào) 器件參數(shù) 附注 變壓器 T 220V輸入 雙 17V， 10V輸出 整流橋 T1 3A T2 3A 穩(wěn)壓塊 LM317 結(jié)溫范圍： 0～ 120℃ LM337 LM7805 0～ 125℃ 電阻 R01 1K R02 1K R1 可變電阻 R2 R3 100 R4 240 R5 20Ω 20W 功率電阻 R6 20Ω 20W R7 10Ω 15W 器件類型 器件編號(hào) 器件參數(shù) 附注 電阻 R8 20Ω 20W 功率電阻 R9 20Ω 20W R10 10Ω 15W 電容 C1 2200uF 電解電容 C2 2200μ F C5 10μ F C6 10μ F 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 9 器件類型 器件編號(hào) 器件參數(shù) 附注 C9 220μ F C10 220μ F C11 3300μ F C13 220μ F C3 F C4 F C5 F C8 F C12 F C14 F 開(kāi)關(guān) K1 K2 K3 實(shí)驗(yàn)中用到的散熱片規(guī)格如圖 — 圖 所示： 圖 DF、 SRXYDF 系列散熱器規(guī)格（ 優(yōu)化前） 圖 DA、 SRXYDC 系列散熱器規(guī)格（優(yōu)化后） 散熱器參數(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) 10 表 所選散熱器參數(shù) 型號(hào) 規(guī)格 L（㎜） 有效面積 (㎡ ) DF45 45 SRXYDF45 DA44 44 SRXYDC44 . 實(shí)驗(yàn)步驟 . 電路熱測(cè)量及計(jì)算 (1) 散熱器 優(yōu)化前 ① 在未接入穩(wěn)壓電路時(shí)，用電壓表分別測(cè)量出三路輸出電壓 1U 、 2U 、 3U 。 (2) 散熱器優(yōu)化后 將優(yōu)化后的散熱器實(shí)驗(yàn)板，接入到電源 系統(tǒng)中。 （ 2） Qfin軟件 仿真結(jié)果分析 通過(guò) Qfin軟件的仿真計(jì)算得知優(yōu)化前散熱器的質(zhì)量為 kg，優(yōu)化后的散熱器的質(zhì)量為 kg。 （ 2）利用 Qfin軟件建立散熱器模型剖面時(shí)需要測(cè)量散熱器尺寸，因?yàn)樯崞鬟B在電路板上，所以測(cè)量有較大誤差，導(dǎo)致 Qfin 軟件中的模型與實(shí)際散熱器有一定差距，不能精確反映真實(shí)數(shù)據(jù)。用非接觸測(cè)溫儀測(cè) LM317K 溫度時(shí)，雖然溫度已經(jīng)接近穩(wěn)定，但是還有小幅增長(zhǎng)，我們組成員沒(méi)有再耐心等其達(dá)到穩(wěn)定，導(dǎo)致我們測(cè)出的溫度與 Qfin軟件仿真結(jié)果有 2℃ 左右 的差距， 沒(méi)有 其他組 的數(shù)據(jù)精確 。特別是滿足了可靠性的 要求。散熱器過(guò)盈，不但浪費(fèi)材料，體積過(guò)大， 質(zhì)量過(guò)高都不符合航空航天設(shè)備重量盡可 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 19 能輕，體積盡可能小的特殊要求；散熱器散熱不足，功率器件產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)的與周圍環(huán)境進(jìn)行熱交換，器件溫度過(guò)高不但器件可靠性降低，還可能燒毀器件。通過(guò)應(yīng)用 Qfin 軟件，我們可以預(yù)先對(duì)熱設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，并為進(jìn)一步優(yōu)化提供了極大的方便。在不同的工作狀態(tài)下， 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 18 散熱器的散熱效果不同，這對(duì)散熱器的選擇和優(yōu)化有很大的影響，例如，所選散熱器在高溫環(huán)境下可能達(dá)不到功率器件的散熱要求，從而導(dǎo)致器件不能安全可靠地工作，甚至損壞器件。 表 優(yōu)化前降額的輸出報(bào)告 QFin Report Assembly General Filename : Description : New assembly Report date : 20xx715 Heat sink Profile : Case Study 12a Branches : 7 Blocks : 17 Elements : 1404 Materials : aluminum Surface color : Length : mm Orientation : Base horizontal with fins upwards Extrusion type : Regular uniform Average fin height : mm Average fin thickness : mm Average gap size : mm Ambient Conditions Air temperature : C Surrounding wall temp : Ambient pressure : KPa Convection Details Convection type : Natural Radiation included : Yes Heat transfer coeff. : ^2 K Solver Options Maximum iterations : 5000 Minimum iterations : 500 Convergence criteria : Relaxation factor : Inner loops : 10 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn) 13 Solution Date : 20xx年 10月 21日 星期 五 (19:46:14) Heat source 1 Description : LM317K Dimensions : x mm Location : Centered at , mm Orientation : Horizontal Average load : Watt Base temperature : C ( C above ambient) Junction temperature : Heat sink Th
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