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ANSYS Icepak在机箱机柜热仿真中的应用

2020-03-10

机箱机柜一直被看作是电子设备中的低值、附属产品,只是用来容纳数据卡、IC板,主芯片等设备的容器,并不被重视。但是,附属的机箱却是昂贵的IT设备最直接的物理保护。重视IT设备本身,却忽视了其所处的安装环境,往往有设备运行可靠性不高,故障频发,提前老化报废的潜在风险。

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同样,对于军用电子设备,工作环境相当恶劣,因此通常采用密封机箱来解决这一问题,而密封与散热则是一对矛盾,在设计时必须同时考虑内部和外部的两种热设计方案,通过合理的热设计和空间热量分布与转化仿真,使其从内部向外部的传热达到最佳状态。


这里以一个全封闭、无风扇长效UPS开发案例的热设计过程来阐述空间热量分布与转化分析平台在产品开发过程中的有效性和必要性。博乐棋牌app下载问题的关键就是在不增加系统温升的情况下怎么处理系统散热。


总体方案:整个系统由三个舱组成,变压器舱,主Power板舱,散热片舱,三个舱相互隔开,以减少热相互影响。



系统Thermal模型图


变压器与POWER板隔开


在此种UPS中,变压器是一个较大的功耗元器件,对系统的温升的影响不可忽视,进而影响到其他功耗元器件得温升。


1变压器与Power板用薄板隔开



没加隔板前,整个温度场分布


加隔板后,整个温度场分布


由图可以看见,上海机箱柜加隔板后,Power板侧的元器件温升都有所下降了10~20℃。


作用:将Power 板密闭,与外界隔绝;减小变压器对Power板侧的温度影响;


2变压器铁心四周加散热片



加散热片前,变压器的最高温度约为148℃



加散热片后,温度降为110℃


3变压器舱合适位置开孔




在变压器一侧开孔,气流比较紊乱,无明显的流场,变压器的温升也较高



在变压器侧面两侧底部及其正上方顶部开孔,由图可见,气流从底部进入,顶部流出,带走变压器的热量,变压器的温升较前有所改善。


Inverter电路中的Mosfet的散热片外挂


此时负载1000va,700w。3w/pcs Mosfet,共用20pcs。


此时所用散热片规格为:97×280×40mm3,此款散热片用在2000va,1400w时,4.9w/pcs Mosfet。温度分布如下图所示:



温升较高,当散热片改为:110×380×40 mm3(2000VA,1400w)温升如图所示:



其它措施:选用开关时间更短的Mosfet,降低本身功耗


滤波电容,晶振温升解决


1layout时的电容位置尽量分开




2在晶振上加小散热片



加散热片前

加散热片后


实验验证仿真给出的技术方案


试验温升数据(放电11小时,取最大值)


单位:℃


经过以上动作后,除了改PCB板以便安装散热片外,此种1000va的UPS的thermal问题完全可以解决。


通过以上一个实例,我们能看到热分析软件在产品开发、优化中的巨大使用价值。利用空间热量分布与转化分析平台的仿真能力,我们能在产品开发的初始阶段,寻找最佳的散热布局,优化器件的选型,减少乃至消灭设计失误,减少设计的反复,减少试验样机的打样数量。最终减少了时间和成本需求,提高了设计效率。


使用仿真软件,也避免了以往设计中必须仰赖工程师的经验的做法,使产品从经验研发向精益研发过渡。


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