一種新型電子設備熱設計分析
張 斌，武沛勇，韓鳳廷
(中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081)
摘 要： 隨著電子設備熱流密度的提升，其散熱設計難度越來越大。首先，從總體設計角度提出了設備的結構組成，形成了完整的設計方案；其次，通過分析需要解決的問題，確定了熱設計為關鍵技術，并提出了設計目標；接著，介紹了整機的散熱措施、分析了風機的選擇過程以及風道的設計理念；最后，通過軟件仿真分析、試驗驗證以及長期的使用，證明了該設計方案有效實用。
關鍵詞： 電子設備；熱設計；熱仿真分析；結構設計
中圖分類號：TN02 文獻標識碼：A 文章編號：1003—3114(2011)05—41—3
Analysis on Thermal Design of a Novel Electronic Equipment

0 引言
隨著電子技術的快速發(fā)展，電子設備集成度進一步提高，集成化器件的功能日趨復雜，功率不斷加大，再加上特殊領域電子裝備小型化和機動性的需要，其結構設計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)的熱量相應增加，熱流密度也成倍的增加。實踐表明，電子設備可靠性下降、使用壽命降低，往往是因為電子元器件超溫工作或者長期高溫工作導致的。因此，對電子設備的整機及電子元件的局部散熱設計就尤為重要。
1 總體設計
在開發(fā)新型電子設備時應充分分析其使用需求，根據(jù)設備基本功能、使用的地理環(huán)境、氣象條件、機械環(huán)境以及操作對象等因素形成總體設計方案。設備由箱體、前面板、風扇抽屜、后面板、背板以及插件板組件等部分組成，如圖1所示。設備高度
為354．8 mm，深度為360 I-fin，寬度為446 mm。設備內部裝有l(wèi)0塊插件板組件，以及與之實現(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，對電子設備的熱設計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、可計算復雜問題以及參數(shù)化設計等特點。利用它可比較真實地模擬系統(tǒng)的溫度、風速和矢量等狀態(tài)，通過預測各元器件的工作溫度，糾正不合理的布局，從而縮短設計的研制周期，降低成本，提高電子設備的可靠性。
4．1 仿真分析
首先，在ICEPAK中建立數(shù)學模型，包括機箱、1l0塊插件板組件、背板、通風口和風機等，設置環(huán)境溫度為45℃ ，設置各個模型的熱學相關參數(shù)。其次，對于建立好的模型進行網(wǎng)格劃分，重點監(jiān)控部位網(wǎng)格密度加大。最后，設置迭代次數(shù)為300次，設置收斂條件為1×10～ ，進行求解計算。
仿真結果為：整機最高溫度為64．4℃ ，高溫點出現(xiàn)在靠近機箱左右側板的插件板組件上?？拷髠劝宓膫炔寮褰M件表面最低溫度為61．6 oC、最高溫為64．4℃ 。2個風機的流量分別為0．018 10 m3／s和0．017 99 m3／s，總流量約為0．036 m3／s。整機最高溫度低于85℃ ，滿足設計要求，方案是可行的。
從數(shù)據(jù)來看，風機總流量遠大于式(2)的計算值，但是機箱內溫度可控制在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，因此風機的選擇是合理的。

4．2 測試驗證
按照以上的方案進行了結構設計和生產(chǎn)加工，在整機調試完成后進行環(huán)境試驗，在高溫工作階段，溫箱溫度達到要求的45 c【=后保持4 h，通過測試儀對其功能和性能指標進行測試，結果符合相關要求。經(jīng)長期使用，該設備性能穩(wěn)定，滿足用戶需求。

5 結束語
對于功率較大或特殊用途的電子設備，其熱設計都比較復雜，在設計過程中需要不斷調整結構設計和布局，不斷調整仿真模型及參數(shù)設置，通過多次優(yōu)化后，一般都能達到理想的效果。事實證明，該設備散熱效果好，電子器件工作穩(wěn)定、可靠，可滿足用戶的使用需求，該設計方法是一種有效的、可行的熱設計方法。

參考文獻
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