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一种新型电子设备热设计分析

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一种新型电子设备热设计分析
张 斌,武沛勇,韩凤廷
(中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北石家庄050081)
摘 要: 随着电子设备热流密度的提升,其散热设计难度越来越大。首先,从总体设计角度提出了设备的结构组成,形成了完整的设计方案;其次,通过分析需要解决的问题,确定了热设计为关键技术,并提出了设计目标;接着,介绍了整机的散热措施、分析了风机的选择过程以及风道的设计理念;最后,通过软件仿真分析、试验验证以及长期的使用,证明了该设计方案有效实用。
关键词: 电子设备;热设计;热仿真分析;结构设计
中图分类号:TN02 文献标识码:A 文章编号:1003—3114(2011)05—41—3
Analysis on Thermal Design of a Novel Electronic Equipment

0 引言
随着电子技术的快速发展,电子设备集成度进一步提高,集成化器件的功能日趋复杂,功率不断加大,再加上特殊领域电子装备小型化和机动性的需要,其结构设计朝着小型组装方向发展,单位面积的功率不断增大,电子元器件散发的热量相应增加,热流密度也成倍的增加。实践表明,电子设备可靠性下降、使用寿命降低,往往是因为电子元器件超温工作或者长期高温工作导致的。因此,对电子设备的整机及电子元件的局部散热设计就尤为重要。
1 总体设计
在开发新型电子设备时应充分分析其使用需求,根据设备基本功能、使用的地理环境、气象条件、机械环境以及操作对象等因素形成总体设计方案。设备由箱体、前面板、风扇抽屉、后面板、背板以及插件板组件等部分组成,如图1所示。设备高度
为354.8 mm,深度为360 I-fin,宽度为446 mm。设备内部装有l0块插件板组件,以及与之实现电连接的
背板。

 部分摘录,全文见附件..
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4 仿真及测试
ICEPAK作为专业的热分析软件,对电子设备的热设计来说是必不可少的工具。它具有建立模型简单、精确模拟、丰富的材料和模型库、可计算复杂问题以及参数化设计等特点。利用它可比较真实地模拟系统的温度、风速和矢量等状态,通过预测各元器件的工作温度,纠正不合理的布局,从而缩短设计的研制周期,降低成本,提高电子设备的可靠性。
4.1 仿真分析
首先,在ICEPAK中建立数学模型,包括机箱、1l0块插件板组件、背板、通风口和风机等,设置环境温度为45℃ ,设置各个模型的热学相关参数。其次,对于建立好的模型进行网格划分,重点监控部位网格密度加大。最后,设置迭代次数为300次,设置收敛条件为1×10~ ,进行求解计算。
仿真结果为:整机最高温度为64.4℃ ,高温点出现在靠近机箱左右侧板的插件板组件上。靠近左侧板的侧插件板组件表面最低温度为61.6 oC、最高温为64.4℃ 。2个风机的流量分别为0.018 10 m3/s和0.017 99 m3/s,总流量约为0.036 m3/s。整机最高温度低于85℃ ,满足设计要求,方案是可行的。
从数据来看,风机总流量远大于式(2)的计算值,但是机箱内温度可控制在64℃左右,在这种温度条件下有利于电子器件的长期可靠工作,因此风机的选择是合理的。

4.2 测试验证
按照以上的方案进行了结构设计和生产加工,在整机调试完成后进行环境试验,在高温工作阶段,温箱温度达到要求的45 c【=后保持4 h,通过测试仪对其功能和性能指标进行测试,结果符合相关要求。经长期使用,该设备性能稳定,满足用户需求。

5 结束语
对于功率较大或特殊用途的电子设备,其热设计都比较复杂,在设计过程中需要不断调整结构设计和布局,不断调整仿真模型及参数设置,通过多次优化后,一般都能达到理想的效果。事实证明,该设备散热效果好,电子器件工作稳定、可靠,可满足用户的使用需求,该设计方法是一种有效的、可行的热设计方法。

参考文献
[1] 常春国.结构设计在电子设备中的重要性研究[J].电子质量,2009(12):48—49.
[2] 方益奇,孙玲玲.雷达电子机箱的热设计与仿真分析[J].机械设计与制造,201l(12):23—25.
[3] 邱成悌,赵悖殳,蒋全兴.电子设备结构设计原理[M].南京:东南大学出版社,2001.
[4] 王丽.大功率电子设备结构热设计研究[J].无线电工程,2009,39(1):61—64.


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