一種新型電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)分析
張 斌，武沛勇，韓鳳廷
(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊050081)
摘 要： 隨著電子設(shè)備熱流密度的提升，其散熱設(shè)計(jì)難度越來越大。首先，從總體設(shè)計(jì)角度提出了設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成，形成了完整的設(shè)計(jì)方案；其次，通過分析需要解決的問題，確定了熱設(shè)計(jì)為關(guān)鍵技術(shù)，并提出了設(shè)計(jì)目標(biāo)；接著，介紹了整機(jī)的散熱措施、分析了風(fēng)機(jī)的選擇過程以及風(fēng)道的設(shè)計(jì)理念；最后，通過軟件仿真分析、試驗(yàn)驗(yàn)證以及長期的使用，證明了該設(shè)計(jì)方案有效實(shí)用。
關(guān)鍵詞： 電子設(shè)備；熱設(shè)計(jì)；熱仿真分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TN02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003—3114(2011)05—41—3
Analysis on Thermal Design of a Novel Electronic Equipment

0 引言
隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備集成度進(jìn)一步提高，集成化器件的功能日趨復(fù)雜，功率不斷加大，再加上特殊領(lǐng)域電子裝備小型化和機(jī)動(dòng)性的需要，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著小型組裝方向發(fā)展，單位面積的功率不斷增大，電子元器件散發(fā)的熱量相應(yīng)增加，熱流密度也成倍的增加。實(shí)踐表明，電子設(shè)備可靠性下降、使用壽命降低，往往是因?yàn)殡娮釉骷瑴毓ぷ骰蛘唛L期高溫工作導(dǎo)致的。因此，對(duì)電子設(shè)備的整機(jī)及電子元件的局部散熱設(shè)計(jì)就尤為重要。
1 總體設(shè)計(jì)
在開發(fā)新型電子設(shè)備時(shí)應(yīng)充分分析其使用需求，根據(jù)設(shè)備基本功能、使用的地理環(huán)境、氣象條件、機(jī)械環(huán)境以及操作對(duì)象等因素形成總體設(shè)計(jì)方案。設(shè)備由箱體、前面板、風(fēng)扇抽屜、后面板、背板以及插件板組件等部分組成，如圖1所示。設(shè)備高度
為354．8 mm，深度為360 I-fin，寬度為446 mm。設(shè)備內(nèi)部裝有l(wèi)0塊插件板組件，以及與之實(shí)現(xiàn)電連接的
背板。

 部分摘錄，全文見附件..
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4 仿真及測試
ICEPAK作為專業(yè)的熱分析軟件，對(duì)電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)來說是必不可少的工具。它具有建立模型簡單、精確模擬、豐富的材料和模型庫、可計(jì)算復(fù)雜問題以及參數(shù)化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。利用它可比較真實(shí)地模擬系統(tǒng)的溫度、風(fēng)速和矢量等狀態(tài)，通過預(yù)測各元器件的工作溫度，糾正不合理的布局，從而縮短設(shè)計(jì)的研制周期，降低成本，提高電子設(shè)備的可靠性。
4．1 仿真分析
首先，在ICEPAK中建立數(shù)學(xué)模型，包括機(jī)箱、1l0塊插件板組件、背板、通風(fēng)口和風(fēng)機(jī)等，設(shè)置環(huán)境溫度為45℃ ，設(shè)置各個(gè)模型的熱學(xué)相關(guān)參數(shù)。其次，對(duì)于建立好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，重點(diǎn)監(jiān)控部位網(wǎng)格密度加大。最后，設(shè)置迭代次數(shù)為300次，設(shè)置收斂條件為1×10～ ，進(jìn)行求解計(jì)算。
仿真結(jié)果為：整機(jī)最高溫度為64．4℃ ，高溫點(diǎn)出現(xiàn)在靠近機(jī)箱左右側(cè)板的插件板組件上?？拷髠?cè)板的側(cè)插件板組件表面最低溫度為61．6 oC、最高溫為64．4℃ 。2個(gè)風(fēng)機(jī)的流量分別為0．018 10 m3／s和0．017 99 m3／s，總流量約為0．036 m3／s。整機(jī)最高溫度低于85℃ ，滿足設(shè)計(jì)要求，方案是可行的。
從數(shù)據(jù)來看，風(fēng)機(jī)總流量遠(yuǎn)大于式(2)的計(jì)算值，但是機(jī)箱內(nèi)溫度可控制在64℃左右，在這種溫度條件下有利于電子器件的長期可靠工作，因此風(fēng)機(jī)的選擇是合理的。

4．2 測試驗(yàn)證
按照以上的方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工，在整機(jī)調(diào)試完成后進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，在高溫工作階段，溫箱溫度達(dá)到要求的45 c【=后保持4 h，通過測試儀對(duì)其功能和性能指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果符合相關(guān)要求。經(jīng)長期使用，該設(shè)備性能穩(wěn)定，滿足用戶需求。

5 結(jié)束語
對(duì)于功率較大或特殊用途的電子設(shè)備，其熱設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過程中需要不斷調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和布局，不斷調(diào)整仿真模型及參數(shù)設(shè)置，通過多次優(yōu)化后，一般都能達(dá)到理想的效果。事實(shí)證明，該設(shè)備散熱效果好，電子器件工作穩(wěn)定、可靠，可滿足用戶的使用需求，該設(shè)計(jì)方法是一種有效的、可行的熱設(shè)計(jì)方法。

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