電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告-展示頁
2025-07-30 09:45本頁面
【正文】 電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告電源系統(tǒng)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名實(shí)驗(yàn)時(shí)間2011/10/21 目 錄1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?12. 實(shí)驗(yàn)儀器 13. 實(shí)驗(yàn)原理 1. 電源系統(tǒng)組成及工作原理 1. 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1. 電源系統(tǒng)組成及工作原理 1. 功率器件的降額設(shè)計(jì) 1. 電源系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì) 1. 功率器件散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 1. 散熱器的特性 1. 散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì) 1. 散熱器的優(yōu)化實(shí)施 1. Qfin軟件簡(jiǎn)介 14. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與測(cè)試數(shù)據(jù) 1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 器件參數(shù) 1. 實(shí)驗(yàn)步驟 1. 電路熱測(cè)量及計(jì)算 1. Qfin軟件優(yōu)化散熱器 15. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與總結(jié) 16. 實(shí)驗(yàn)心得體會(huì) 1201. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑诤娇蘸教煸O(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。功率器件發(fā)熱量大，溫度高，一般僅靠器件外殼散熱難以滿足器件的溫度要求，需要合理安裝散熱器來輔助散熱。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)可靠性熱設(shè)計(jì)與熱分析實(shí)驗(yàn)以電源系統(tǒng)為依托，對(duì)其中最關(guān)鍵的功率器件進(jìn)行熱分析，并對(duì)功率器件選用的散熱器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)從而達(dá)到功率器件與散熱器的最優(yōu)匹配，再對(duì)優(yōu)化后的散熱器進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證和評(píng)估，這也為同學(xué)今后在走向工作崗位的時(shí)候掌握功率器件熱設(shè)計(jì)和散熱器優(yōu)化提供工程實(shí)用的方法。. 電源系統(tǒng)組成及工作原理：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。u 整流濾波電路：整流電路是由二極管構(gòu)成的橋式整流電路、電容構(gòu)成濾波電路。降額設(shè)計(jì)就是使電子元器件的工作應(yīng)力適當(dāng)?shù)陀谄湟?guī)定的額定值，從而達(dá)到降低基本故障率，保證系統(tǒng)工作的可靠性。各類電子元器件，都有其最佳的降額范圍。在電子元器件的最佳降額范圍內(nèi)，一般可分成三個(gè)降額等級(jí)：Ⅰ級(jí)降額：Ⅰ級(jí)降額是最大的降額，適用于設(shè)備故障將會(huì)危及安全，導(dǎo)致任務(wù)失敗和造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失的情況；Ⅱ級(jí)降額：工作應(yīng)力減小對(duì)元器件可靠性增長(zhǎng)有明顯效益，適用于設(shè)備故障會(huì)使工作任務(wù)降級(jí)，或需支付不合理的維修費(fèi)用。適用于設(shè)備故障對(duì)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)。表 集成穩(wěn)壓調(diào)整器的降額準(zhǔn)則集成穩(wěn)壓調(diào)整器降 額 參 數(shù)降額等級(jí)Ⅰ級(jí)降額Ⅱ級(jí)降額Ⅲ級(jí)降額電源電壓（最大絕對(duì)值）輸入電壓（最大絕對(duì)值）輸入輸出電壓差輸出電流（最大絕對(duì)值）最高結(jié)溫（℃）8095105. 電源系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：通過熱設(shè)計(jì)在滿足性能要求的前提下盡可能減少設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量；減少熱阻；選擇合理的冷卻方式。電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)的目的就是要為元器件級(jí)、組件級(jí)、設(shè)備級(jí)創(chuàng)造良好的熱環(huán)境，保證設(shè)備在規(guī)定的環(huán)境條件下按預(yù)定功能能夠正?？煽抗ぷ鳌嵩O(shè)計(jì)中冷卻方法的選擇a． 自然散熱b． 強(qiáng)制風(fēng)冷散熱c． 液體冷卻d． 蒸發(fā)冷卻e． 半導(dǎo)體制冷f． 熱管散熱按照器件（設(shè)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(qiáng)制風(fēng)冷、液體冷卻、蒸發(fā)冷卻。. 功率器件散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)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。散熱器過盈，不但浪費(fèi)材料、體積過大，而且重量過高這些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(shí)的與周圍環(huán)境進(jìn)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。所優(yōu)化出來的散熱器，不但重量較之前的散熱器減輕了，而且散熱器體積及散熱器幾何結(jié)構(gòu)更為合理。. 散熱器的特性散熱器的種類很多，最常見的功率器件散熱器是型材散熱器，設(shè)計(jì)中使用的散熱器就是這種類型的散熱器，該類散熱器主要由兩部分組成，基座和肋片。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。所以，對(duì)散熱器進(jìn)行優(yōu)化，一般不將基座厚度和肋片厚度作為優(yōu)化變量。散熱器熱阻除了與散熱器材料有關(guān)之外，還與散熱器的形狀、尺寸以及安裝方式和環(huán)境通風(fēng)條件有關(guān)。. 散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)：圖 散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)流程圖散熱器熱阻是選擇散熱器的主要依據(jù)。保證了器件可靠安全的工作，但上述方法選擇的散熱器存在諸多缺點(diǎn)。在航空航天領(lǐng)域無法滿足設(shè)備體積小、質(zhì)量輕的要求。即當(dāng)功率器件在安全結(jié)溫內(nèi)工作時(shí)，已優(yōu)化的散熱器散熱面積應(yīng)達(dá)到最優(yōu)、重量最輕，同時(shí)能保證功率器件安全可靠工作。QFin軟件中提供了多種優(yōu)化目標(biāo)的選擇，對(duì)LM317所用散熱器的優(yōu)化。但是，這種理想的優(yōu)化在實(shí)際工程應(yīng)用中不太現(xiàn)實(shí)，有些優(yōu)化后的散熱器是不易于加工的。考慮到散熱器的強(qiáng)度、加工方便以及功率器件的尺寸大小，肋片厚度如果太薄，其強(qiáng)度不夠，同時(shí)也會(huì)增加加工難度。其它環(huán)境條件輸入變量根據(jù)具體情況具體安排分析。. Qfin軟件簡(jiǎn)介Qfin軟件是從國(guó)外引進(jìn)的散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)專用軟件，是Fluent公司和ATT公司共同研制開發(fā)的散熱器設(shè)計(jì)和優(yōu)化專業(yè)軟件。用戶可以調(diào)用或創(chuàng)建各種形狀和類型的散熱器或熱源。它還能夠?qū)崿F(xiàn)二維和三維直觀的后處理結(jié)果，提供數(shù)值報(bào)告。用戶入手快、方便實(shí)用、適于普遍推廣。Qfin軟件采用了一些簡(jiǎn)化原則使建模較為簡(jiǎn)單，例如，Qfin軟件對(duì)于熱源的簡(jiǎn)化，忽略其厚度視作二維處理；對(duì)于散熱器的建模，將肋片上的細(xì)小溝槽忽略不計(jì)
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