電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計與熱分析實驗報告-資料下載頁
2025-07-21 09:45本頁面
【正文】 Solution Date : 2011年10月21日 星期五 (20:26:11) 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 : C Heat sink Thermal resistance : C/W Maximum thermal resistance : C/W Temperature avg. thermal resis. : C/W Efficiency (f) : Average temperature of heat sink : C ( C above ambient) Heat sink surface area : m^2 Effective heat sink surface area : m^2 Approximate heat sink mass : kg圖 圖 散熱器優(yōu)化后二維溫度分布圖圖 優(yōu)化后瞬態(tài)分析5. 實驗結(jié)果分析與總結(jié)（1）電路熱測量及計算結(jié)果分析通過分析降額設(shè)計前后穩(wěn)壓器件的殼溫數(shù)據(jù)（、）可以看出，降額后穩(wěn)壓器件的殼溫降了57℃。這對于延長該器件的使用壽命是很重要的。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)（、）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℃。但從直觀上來看，優(yōu)化后的散熱器所占的空間明顯減小。（2）Qfin軟件仿真結(jié)果分析 kg， kg。綜合上面的分析結(jié)果可知，盡管優(yōu)化后中心溫度較優(yōu)化前的有所提高，但是嚴(yán)格的控制在功率器件的散熱要求的范圍之內(nèi)的，相對于優(yōu)化前的散熱器來說，它的質(zhì)量減輕了很多，結(jié)構(gòu)也更加的合理，這對于航空航天領(lǐng)域電子產(chǎn)品的設(shè)計來說是十分重大的改善，所以優(yōu)化后的散熱器比優(yōu)化前更加合理。優(yōu)化后的散熱器的散熱效率有所降低，這一點可以通過優(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，不能及時有效散熱。在實驗中軟件模擬結(jié)果與實際測試結(jié)果有較大的差值，這是因為影響散熱器散熱性能的因素很多，主要有：接觸熱阻、功耗、輻射以及環(huán)境溫度。在不同的工作狀態(tài)下，散熱器的散熱效果不同，這對散熱器的選擇和優(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。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。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。隨著溫度的升高，膠布的粘性降低，導(dǎo)致連接松動。（2）利用Qfin軟件建立散熱器模型剖面時需要測量散熱器尺寸，因為散熱器連在電路板上，所以測量有較大誤差，導(dǎo)致Qfin軟件中的模型與實際散熱器有一定差距，不能精確反映真實數(shù)據(jù)。實驗室應(yīng)該提供散熱器的精確尺寸和其他參數(shù)，這樣進行仿真會比較接近真實情況。（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，這也會使得仿真值大于實際值。6. 實驗心得體會通過這次實驗，我掌握了散熱器熱阻的計算，學(xué)會了對熱源進行功率分析，選用合適的散熱器，并根據(jù)實際條件對散熱器進行優(yōu)化，包括提高散熱效率，降低散熱器質(zhì)量和所占用的體積等。通過應(yīng)用Qfin軟件，我們可以預(yù)先對熱設(shè)計進行模擬，并為進一步優(yōu)化提供了極大的方便。除了這些我還有以下一些體會：（1）團隊合作很重要。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。（2）做事要有耐心。用非接觸測溫儀測LM317K溫度時，雖然溫度已經(jīng)接近穩(wěn)定，但是還有小幅增長，我們組成員沒有再耐心等其達(dá)到穩(wěn)定，導(dǎo)致我們測出的溫度與Qfin軟件仿真結(jié)果有2℃左右的差距，沒有其他組的數(shù)據(jù)精確。（3）做科研光靠經(jīng)驗是不夠的，要有科學(xué)的理論分析為依托。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。以往的工程經(jīng)驗只是單純從功率器件功耗和尺寸大小的角度，任憑經(jīng)驗粗略選擇散熱器，沒有對散熱器進行優(yōu)化設(shè)計，這樣做的結(jié)果不但導(dǎo)致所選散熱器的散熱能力可能過盈或不足。散熱器過盈，不但浪費材料，體積過大，質(zhì)量過高都不符合航空航天設(shè)備重量盡可能輕，體積盡可能小的特殊要求；散熱器散熱不足，功率器件產(chǎn)生的熱量不能及時的與周圍環(huán)境進行熱交換，器件溫度過高不但器件可靠性降低，還可能燒毀器件。本實驗在熱設(shè)計理論研究的基礎(chǔ)上，提出了功率器件的熱設(shè)計及散熱器優(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行優(yōu)化設(shè)計。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。從而最大限度的滿足航空航天設(shè)備的要求。特別是滿足了可靠性的要求。
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