一种新型电子设备热设计分析

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。

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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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ganxiefenxiang

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