【正文】 C13 220μ F C3 F C4 F C5 F C8 F C12 F C14 F 開關(guān) K1 K2 K3 實驗中用到的散熱片規(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)可靠性熱設計與熱分析實驗 10 表 所選散熱器參數(shù) 型號 規(guī)格 L（㎜） 有效面積 (㎡ ) DF45 45 SRXYDF45 DA44 44 SRXYDC44 . 實驗步驟 . 電路熱測量及計算 (1) 散熱器 優(yōu)化前 ① 在未接入穩(wěn)壓電路時，用電壓表分別測量出三路輸出電壓 1U 、 2U 、 3U 。所以，實際工程優(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度或者高度等。在散熱器的選用或設計過程中，對基座的考慮主要注意兩個方面：基座的強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度的要求，而且還不易于加工。集成穩(wěn)壓調(diào)整器的降額準則如表 所示。 電源系統(tǒng)可靠性熱設計與熱分析實驗以電源系統(tǒng)為依托 ，對其中最關(guān)鍵的功率器件進行熱分析，并對功率器件選用的散熱器進行優(yōu)化設計從而達到功率器件與散熱器的最優(yōu)匹配，再對優(yōu)化后的散熱器進行測試驗證和評估，這也為同學今后在走向工作崗位的時候掌握功率器件熱設計和散熱器優(yōu)化提供工程實用的方法。 ? 穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓模塊即： LM31 LM337 和 LM7805，輔助電路采用了大容量電解電容，有效地濾出了紋波。 熱設計中冷卻方法的選擇 a． 自然散熱 b． 強制風冷散熱 電源系統(tǒng)可靠性熱設計與熱分析實驗 5 c． 液體冷卻 d． 蒸發(fā)冷卻 e． 半導體制冷 f． 熱管散熱 按照器件（設備）表面散熱功率密度或體積發(fā)熱功率密度，一般冷卻方法優(yōu)選順序：自然散熱、強制風冷、液體冷卻、蒸發(fā)冷卻。 . 散熱器優(yōu)化設計 散熱器優(yōu)化設計的流程如圖 所示： 圖 散熱器優(yōu)化設計流程圖 散熱器熱阻是選擇散熱器的主要依據(jù)。 . Qfin軟件簡介 Qfin 軟件是從國外引進的散熱器優(yōu)化設計專用軟件，是 Fluent 公司和 ATT 公司共同研制開發(fā)的散熱器設計和優(yōu)化專業(yè)軟件。 ⑤ 計算三路的輸入功率 Pi Pi Pi3 和三個電阻的功耗 Po Po Po3。對于本組的實驗中產(chǎn)生的誤差我覺得有以下幾點原因： （ 1）測溫儀觸頭與 LM317 接觸不夠好。本實驗在熱設計理論研究的基礎上，提出了功率器件的熱設計及散熱器優(yōu)化方案，即用建立熱阻網(wǎng)絡的方法，根據(jù)熱阻初選散熱器，在所選散熱器的基礎上，借助 Qfin 軟件對初選散熱器進行優(yōu)化設計。 （ 2）做事要有耐心。但從直觀上來看，優(yōu)化后的散熱器所占的空間明顯減小。 4. 實驗內(nèi)容與測試數(shù)據(jù) . 實驗內(nèi)容 （ 1）電源 系統(tǒng)電路設計及性能測試； （ 2）電源系統(tǒng)可靠性熱設計及熱分析； （ 3）功率器件的降額設計； （ 4）功率器件散熱器的優(yōu)化設計； （ 5）優(yōu)化后散熱器熱性能的評估。但是，這種理想的優(yōu)化在實際工程應用中不太現(xiàn)實，有些優(yōu)化后的散熱器是不易于加工的。熱源傳遞到散熱器上的熱量，絕大部分是通過肋片傳遞到周圍環(huán)境中。 在本電源系統(tǒng)設計中，通過改變集成穩(wěn)壓器的輸出電流 ，從而達到降額使用。以散熱器質(zhì)量為優(yōu)化目標，達到功率器件與散熱器的最優(yōu)匹配。 電源電路元器件參數(shù)如表 所示。 在本實驗電源系統(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。 . 散熱器的優(yōu)化實施 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。 Qfin包含常用的多種類型散熱器，熱源和材料的模型庫。 ⑥ 計算各穩(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 ，三個穩(wěn)壓器件的外殼溫度 1T 、 2T 、3T 。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，應該定 期清理 LM317 上面的污物。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。本次實驗有硬件測試還有軟件仿真，我們小組共有三名成員，在進行硬件測試的時候有時需要三個人一起工作才能完成，有時則需要一兩個人，為了提高實驗效率，我在進行硬件測試的空閑時間里熟悉了 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。 通過分析散熱器優(yōu)化前后穩(wěn)壓器件的功率和殼溫數(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℃。由前一典型功率器件實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。先以散熱器質(zhì)量最輕為優(yōu)化目標；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。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。適用于設備故障對工作任務的完成只有小的影響，或可迅速、經(jīng)濟地加以修復。 本實驗課在進行熱設計理論研究的基礎上，利用散熱器優(yōu)化軟件提出了散熱器優(yōu)化設計方案，從工程實用角度出發(fā)，根據(jù)航空航天設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)可靠性熱設計與熱分析實驗 3 表 2電源系統(tǒng) 元器件參數(shù) 名 稱 編 號 參 數(shù) 備 注 變壓器 T 輸入電壓 :220V 輸出電壓 :雙 17V,10V 整流器 T1 3A T2 3A 電壓調(diào)整器 U1(LM317) 結(jié)溫 : 0℃ ~120℃ U2(LM337) U3(LM7805) 結(jié)溫 : 0℃ ~125℃ 電阻器 R01 1kΩ R02 1kΩ R1 可變電阻器 R2 R3 100Ω R4 240Ω R5 20Ω ,20W 大功率電阻器 R6 20Ω ,20W R7 10Ω ,15W R8 20Ω ,20W R9 20Ω ,20W R10 10Ω ,15W 電容器 C1 2200μ F 電解電容器 C2 2200μ F C5 10μ F C6 10μ F C9 220μ F C10 220μ F C11 3300μ F C13 220μ F C3 F C4 F C5 F C8 F C12 F C14 F 開關(guān) K1 K2 K3 . 功率器件的降額設計 降額設計是將元器件進行降額使用，降額使用的器件可延緩和減小其退化，從而提高了器件的可靠性，從而也提高了系統(tǒng)的可靠性。 . 功率器件散熱器的優(yōu)化設計 功率器件是電子設備中發(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