icepak匯編產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)方法

1、產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)方v器、扼流圈絕緣材料的性能下降， 一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于 95C；溫度過高還會造成焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)方v器、扼流圈絕緣材料的性能下降， 一般變壓器、扼流圈的允許溫度要低于 95C；溫度過高還會造成焊點(diǎn)合金結(jié)構(gòu)的變化IMC 增厚焊點(diǎn)變脆機(jī)械強(qiáng)度降低結(jié)溫的升高會使晶體管的電流放大倍數(shù)迅速增v熱設(shè)計(jì)的目的v風(fēng)路的布局方法、產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)計(jì)算方法、風(fēng)扇的基本定律及噪音的評估方法、海拔高度對熱設(shè)v20v產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)計(jì)算方法 40v風(fēng)扇的基本定律及噪音的評估方法 20v海拔高度對熱設(shè)計(jì)的影響及解決對策 20vvvv海拔高度對熱設(shè)計(jì)的影響及解決對策：了解海拔高度對風(fēng)扇性能

2、的影響、海拔高度對散熱器及元器件的v熱仿真技術(shù)：了解熱仿真的目的、要求，常用熱仿介紹v熱設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢：了解v 底部或側(cè)面不能漏風(fēng)。 機(jī)柜上部的 對散熱器采用直齒的結(jié)構(gòu),模塊放在機(jī)柜機(jī)架上后,應(yīng)保證散熱器垂直放置,v 設(shè)計(jì)案例v典型的自然冷機(jī)柜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式v典型的自然冷機(jī)柜風(fēng)道結(jié)構(gòu)形式v 風(fēng)道的設(shè)計(jì)原則v 典型結(jié)構(gòu)v電源系統(tǒng)典型的風(fēng)道結(jié)構(gòu)-吹風(fēng)方式vv v (1) 熱面朝上，冷熱面之間熱面朝下，對氣體 Gr.Pr50 則可忽略Nu=0.023Re0.8定型尺寸為厚度，Tm=(tw1+tw2 )v 段進(jìn)行修正。在紊流時(shí)，如果管長與管內(nèi)徑之比L/d50 則可忽略Nu=0.023Re0.8Nu=0.

3、023Re0.8v時(shí)間內(nèi)流過過流斷面的流體數(shù)量。如數(shù)量以體積衡量稱為體積流量 Q；流量：為m3/s(CFM)；如數(shù)量用重量衡量稱為重量流量 Kg/s 水力半徑：總流過過流斷面面積 A 與濕周x 之比稱為水力半徑，應(yīng)符號 R 1V1A1=1V2A2v對理想流體：Zp/+v2/2g=常M實(shí)際流體:由于粘性作為會引v 的阻力:由于流體的粘性和固體邊界的影響，使流體vv管內(nèi)層流沿程阻力計(jì)算(達(dá)西公式 管內(nèi)紊流沿程阻力計(jì)算0.3164/Re 0.25v 局部阻力突然擴(kuò)大： 按小面積流速計(jì)算的局部阻力系數(shù)：1(1-突然縮?。?可從相關(guān)的資料中查閱經(jīng)驗(yàn)值。v 0.039W/cm2，可采用自然風(fēng)冷。 0.02

4、4W/cm2，可采用自然風(fēng)冷。 v 散熱器強(qiáng)迫風(fēng)冷方式的判據(jù)0.039W/cm20.078W/cm2，必須采用v1:根據(jù)相關(guān)約束條件設(shè)計(jì)處輪廓圖2:根據(jù)散熱器的相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對散熱器齒厚、齒的形狀、齒間距、基板厚度進(jìn)行優(yōu)化v考慮到自然冷卻時(shí)溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個(gè)齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對流，v考慮到自然冷卻時(shí)溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個(gè)齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對流，12mm10mm，可按齒間距1.25mm 以上。v0.5mm3m。 v在一定冷卻條件下，所需散熱器的體積熱阻大小的v在一定的冷卻體積及流向長度下，確定散熱器齒片最佳間距的大小的方法v不同形狀、不同

5、的成型方法的散熱器的傳熱效率比較vv相似準(zhǔn)則數(shù)的定義vv相似準(zhǔn)則數(shù)的應(yīng)用v散熱器的基板的優(yōu)化方法v不同風(fēng)速下散熱器齒間距選擇方法v不同風(fēng)速下散熱器齒間距選擇方法v優(yōu)化散熱器齒間距的經(jīng)驗(yàn)公式及評估風(fēng)速變化對熱阻的影響的經(jīng)驗(yàn)公式v50，可忽略顏色對輻射換熱的影響。因?yàn)榇藭r(shí)輻射波長相當(dāng)長，處于不可50，輻射換熱面積計(jì)算時(shí)，如表面v50，輻射換熱面積計(jì)算時(shí)，如表面v1:40條件下各種冷卻方式的熱流密度或體積功率密度值的范圍來確1 所示。v2:2所示關(guān)系曲線選擇，此方法適應(yīng)于溫升要求v40，試問采用那種冷卻方法比較合理？q=300/2(2.48 2.2.48+2.48 4.32+2.2.81 計(jì) 算 熱

6、 流 密 度 ：2查得，當(dāng)t=40，q=0.04W/cm2時(shí)，其交點(diǎn)正好落在自然冷卻范圍內(nèi)，所有采vWT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)tWT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)tWT=1.86(Ss+4St/3+2Sb/2)t1.25+4Tm3T+vSin=Q/(7.410-5HtH-機(jī)柜的高度，cm，約模塊高度的 1.5-1.8 倍t=t2-t2t1t=t2-t2t1 vS=(1.1-1.5)Sfan 系統(tǒng)在后面板(后門)上與模塊層對應(yīng)的位置開通風(fēng)口，通風(fēng)口的面積大小應(yīng)為S(1.5-2.0)(NS 模塊N-每層模塊的總v20680mm，試計(jì)算每層進(jìn)出風(fēng)口的面積？H 2 倍模

7、塊的高度計(jì)算，即 Sin=Q/(7.410- 機(jī)柜的寬度按 B=680mm 計(jì)，則進(jìn)風(fēng)口的高度為b出風(fēng)口面積 v按照 1.5-2 倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量q=(1.5-2)q 按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號。v案例：10KUPS800W15vR對=1/（hcF1-對流換熱面積(m),hc對流換熱系數(shù)R 輻-輻射換熱熱阻 ，對強(qiáng)迫風(fēng)冷可忽略不對自然冷卻 R 輻R導(dǎo)R 基板R散熱器基板厚度(m) - 肋效率系數(shù)F2-基板的導(dǎo)熱面積d發(fā)熱器件的當(dāng)量直徑v 型材散熱器的計(jì)算 對流換熱系數(shù)的計(jì)算hcs=1.414(t/L)0.25t-散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升L-散熱表面的特征尺寸，取散熱表面的高h(yuǎn)ct=1

8、.322(t/L)0.25 式中t-散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升L-散熱表面的特征尺寸，取 L2(長寬)/(長寬hcb=0.661(t/L)0.25 式中t-散熱表面與環(huán)境溫度的平均溫升L-散熱表面的特征尺寸，取 L2(長寬)/(長寬v 型材散熱器的計(jì)算 對流換熱系數(shù)的計(jì)算層流 hc(1.1-1.4)0.66Refhc(1.1-1.4)空氣0.032Ref0.8/L 肋片效率m=(2b. 肋高vb. 肋高vf沿程阻力系數(shù) de-當(dāng)量水利直徑(m)，de=4A 流通/濕周V-斷面流速層流區(qū)：Re=Vd/2300 （m2/sv散熱器的流阻計(jì)算 ：(AA2)vDXC-)，截面圖略，散熱器的截77.7

9、8cm2長度的重量為 21KG/m。風(fēng)扇采用 PAPST 4656Z ，風(fēng)扇功率 19W，最大風(fēng)量為面積：Fin=0.785D2in-Fc=0.01116-0.007778=3.33810-水力直徑： de4Ff/x=43.33810-3/2.302=5.810-64 /Vdehf=(L/de)(V2/2)=(64=(6416.9610 -總阻力損失 H=hf+ hj=(0.38+8.07/V )(V2/2)v10KVAUPSPAPST風(fēng)扇的工作點(diǎn)，給工作點(diǎn)對應(yīng)的風(fēng)速為10KVAUPSPAPST風(fēng)扇的工作點(diǎn)，給工作點(diǎn)對應(yīng)的風(fēng)速為 5m/s，壓力為 雷諾數(shù) Ref=VL/=50.24/16.96

10、10-m=(2 hc/)0.5=9.82 QhcFt =460.4Wv冷板的計(jì)算方法 傳熱計(jì)算設(shè)定冷板的寬度為b，則通道的橫截面積為Ac ，Ac=bAc0確定定性溫度下的物性參數(shù)(、Cp、Pr)根據(jù)雷諾數(shù)確定流體的狀態(tài)(層流或紊流)， Re105根據(jù)流體的狀態(tài)(層流或紊流)計(jì)算考爾本數(shù) Re105,J=0.023/ReGJB/Z27-921218查得vh=計(jì)算肋片的效率 m=(2h/)0.5，f=th(ml)/ml（ml 值查相應(yīng)的圖表得到肋片效率)計(jì) 算 冷 板 的 總 效 率 ： 忽 略 蓋 板 及 底 版 的 效 率 ， 總 效 率AAt+ArAb， 01為：Ar(1-計(jì)算傳熱單元ts=

11、(eNTUt2-t1)/(eNTU-v查空氣進(jìn)入冷板 f=f(Re,)ReGJB/Z27-921218PG2(Kc+1-2)+2(2/1-1)+f 1A/(Afm)-(1-2-v冷板的計(jì)算方法 判斷準(zhǔn)則確定是否滿足 tsts，如果不滿足，需增大換熱面積或增v冷板的計(jì)算方法 判斷準(zhǔn)則確定是否滿足 tsts，如果不滿足，需增大換熱面積或增大空氣流量v Af30.42922=0.0193952Ac=1201202=0.0288vRe=de在40空氣的物性參數(shù)為： 19.110-6kg/m.s,=6.831qm1(qm1v冷板的計(jì)算方法 【案例】續(xù)NMB415繪制成風(fēng)道曲線并與風(fēng)扇靜壓曲線進(jìn)行畫在同一

12、張圖上，其交點(diǎn)即為風(fēng)扇的工作點(diǎn)，即為(10CFM， 0.1in.H2)4.1m/s。v冷板的計(jì)算方法 【案例】續(xù)40，1.12kg/m3，Cp=1005.7J/kg. =19.110-6kg/m.s， Pr=0.699質(zhì)量流量 mCp=870.5/0.089861005.7=9.63 tf=(2ts+t1+t2)=280+40+49.63)/4=62.4 按溫度查物性得：，=20.110-換熱系數(shù)G=qm/Af質(zhì)量流速雷諾Re=deG/=4.787換熱系數(shù)G=qm/Af質(zhì)量流速雷諾Re=deG/=4.78710-34.64/(20.110-J=6/Re 0.98=6/1105.10.98=6.

13、2510-h=JGCpPr-2/3=6.2510-34.641005.70.696-2/3=37.14W/m2.肋片效率 m=(2h/)0.5=(237.14/(180 0.001)0.5=20.3傳熱單元數(shù)：NTUh0A/qmCp=37.140.4333.241v v層風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音與風(fēng)扇的工作點(diǎn)或風(fēng)量有直接關(guān)系，對于軸流風(fēng)扇在大風(fēng)量，低風(fēng)壓的區(qū)域噪音最小，風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口受阻擋所產(chǎn)生的至少 30mm 的距離，以免產(chǎn)生 對于風(fēng)扇冷卻的機(jī)柜，在標(biāo)v 有時(shí)由于沒有合適的風(fēng)機(jī)而選擇了轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)機(jī)，在保證設(shè)計(jì)風(fēng)量的條件下，可以通過調(diào)N2=N1+50log10v 高于85才全速運(yùn)轉(zhuǎn)余情況風(fēng)扇必須半速運(yùn)轉(zhuǎn)已

14、知風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)速為2000RMP噪音為求在半速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇的噪音為多少？如果已知全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)風(fēng)扇的工作點(diǎn)為(50CFM,0.3IN.H2O)，試求N2=N1+50log10N2=N1+50log104050log10(1000/2000)24.9db P2 =P1 (RPM2/RPM1)20.3(1000/2000)2=0.075IN.H2O CFM2 = CFM1 (RPM2/RPM1)v=hc(海平面p高空/p海平面hc(高空)，hc(海平面)分別為高空及海平面的自然對流換熱系數(shù)p高空，p海平面分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯卡v hc(高空)hc(海平面)(高空海平面)0.8hc(高空

15、)，hc(海平面)分別為高空及海平面的強(qiáng)迫風(fēng)冷對流換熱系數(shù)p 高空，p 海平面分別為高空及海平面的空氣壓力，帕斯vF 對流(高空) F 對流(海平面)/(高空/海平面vF 對流(高空) F 對流(海平面)/(高空/海平面RPM2/RPM1 海平面/高v TsTj=Ts+ PTRth(j-Rth(j-s)RPM2/RPM1 海平面/高v TsTj=Ts+ PTRth(j-Rth(j-s)Rth(j-s)器件結(jié)到散熱器的熱阻，/WRjc 器件結(jié)殼熱阻，/W，從器件使用手冊中查Rb- 絕緣墊片的熱阻，/WTj=Ta+ PTRth(j-Rth(j-a)v 130A 94.6 175 ，結(jié)0.45/W0

16、.15/W0.3/W，計(jì)算二極管的工作結(jié)溫。Rjs=Rjc+ 2如把10.8/w40Rjs=Rsa+Rjc+RcsRb=0.8+0.45+0.15+0.3=1.7/w Tj=Ta+ PTRth(j-a).4044.21.7=115.2 v 減少試驗(yàn)和測量的次數(shù)。v是基于計(jì)算傳熱學(xué)技術(shù)（NTS）和計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)（CFD）發(fā)展電子設(shè)備散熱 目前商業(yè)的熱設(shè)計(jì)種類繁多，有基于有限體積法的 Flotherm、I-deas、Ice-pack、 v無法代替人只是熱設(shè)所利用的工具之一。所以仿v 聲、電磁等學(xué)科，能夠有效地進(jìn)行各種場的線性和非線性計(jì)算及多種物理場相互影響的耦合分析。Structure 面向結(jié)構(gòu)

17、分析研究模塊。無法代替人只是熱設(shè)所利用的工具之一。所以仿v 聲、電磁等學(xué)科，能夠有效地進(jìn)行各種場的線性和非線性計(jì)算及多種物理場相互影響的耦合分析。Structure 面向結(jié)構(gòu)分析研究模塊。Flortran 是Thermal 是其中面向熱設(shè)計(jì)研究vFlothermal Flotherm 是英國的FLOMERICS 公司開發(fā)的電子設(shè)備熱設(shè)v 基本上可以分為前處理、求解器和后處理三個(gè)部分。前處理包括 Project ManagerDrawing Board 和 Flogate。Project Manager 用于項(xiàng)目管理、物性參數(shù)、網(wǎng)格參數(shù)、計(jì)算參數(shù)的等；Drawing Board 提供了一個(gè)可視化

18、的建立機(jī)柜、插框、單板工具通過在Project Manager 和Drawing Board 中的互動操作就可以完成具體的建模工作。Flogate 求解器是 Flosolve 模塊，它可以完成模型的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)溫度場和流場計(jì)算。后處理部分包括 Visulation、Flomotion 和 Table，Visulation 完成仿真計(jì)算結(jié)果的可視化顯示；Flomotion 除了也可以流量等可以通過 Table 模塊查詢vv隨著電源模塊功率密度的升高，熱設(shè)計(jì)已逐漸成為瓶頸問題。傳統(tǒng)的集中散熱的方式(所有的功率管全集中在一個(gè)散熱器上OPENFAME7PCB v分散式散熱技術(shù) 基本理念vv分散式散熱技術(shù) 基本理念vv w1942JPerkinsLPPerkins發(fā)明并改進(jìn)了“Perkinstube”即熱虹吸管簡單的重力熱w19