基于正交分析法的功率模块散热器的数值研究

电子技术的发展促使功率模块的体积越来越小,功率密度越来越大,需要采用强迫风冷的方式冷却功率模块,选择合理的散热器,保证散热效果变得尤为重要。通过分析文献以及工程实践,找出影响散热器散热效果的主要因素。以某SVG功率模块为例,根据正交试验表,利用数值模拟的方法得到不同散热器下的温度分布图和IGBT表面的最高温度,分析影响散热效果的主要因素,得到翅片角度、间距、厚度和长度等因素对散热效果的影响规律。结果表明,对散热效果的影响排序为翅片高度、倾斜角度、间距、厚度。综合各种因素,最佳的搭配方案,即垂直翅片,翅片厚度为4mm,翅片间距为3nlnl,翅片长度为90mm。     

基于平板微热管阵列的大功率LED散热技术

以当前节能减排的大环境和大功率LED应用中急需解决的散热问题为背景,将具有高效传热性能的平板微热管阵列应用于大功率LED散热技术研究中,设计出新型的大功率LED散热装置——基于平板微热管阵列的U型散热装置。该装置可以将热量及时有效地从LED芯片中带出,并通过散热翅片将热量都传递到周围环境空气中。以真实的LED作为发热源进行实验,论证了微热管阵列散热装置的有效散热能力,其良好的均温性,探索了LED基板与热管之间连接方式、U型热管与散热翅片之间连接方式、散热装置有效散热面积对大功率LED散热效果的影响,并结合实验结果,利用ANSYS仿真模拟软件对U型热管散热装置进行优化,进一步探索散热翅片间距、厚度、高度的最优值,对基于微热管阵列大功率LED的散热装置的进一步研发改进提出建议。     

LED路灯散热器散热性能的数值模拟

提高LED散热性能是提高LED可靠性的关键技术之一。利用数值模拟的方法对大功率LED路灯散热器进行散热性能的研究。运用Ansys Icepak软件研究了LED散热器的翅片高度、厚度、间距对LED结温的影响,结合金属热强度指标对各几何参数进优化。优化后的LED散热器翅片的质量减少39.76%,而LED的结温为61.33℃,仍然在正常工作温度范围内。     

基于CFD的储能变流器功率单元结构和散热研究

针对储能变流器功率单元体积小、功率密度高、运行环境条件差的特点,对该功率单元结构和散热参数进行设计和优化。采用SolidWorks进行3D建模,采用计算流体力学(CFD)有限元分析软件进行散热仿真,求得该单元在设置的结构参数和环境条件下散热器的表面温度,并将其与测试结果进行了验证,以翅片数、散热器进出风口面积、散热器材料、风机流量压力、发热功率、热管数量作为设计变量。研究结果表明:散热器翅片数量和间隙设计、风机的合理选型设计、热管的使用使功率单元的散热效率提升,体积减小,成本降低,该功率单元散热完全可满足使用要求。     

翅片片形及沉孔设计对空调换热性能的影响分析

通过焓差实验台对不同结构翅片的换热器进行了换热性能实验,结合平均换热量、翅片侧换热系数及风阻等方面对翅片结构和沉孔设计对换热器换热性能的影响进行了分析.     

微通道换热器翅片参数研究

本文基于ε-NTU方法,建立了百叶窗翅片微通道换热器的数值模型。模型计算值与实验结果一致性较好,偏差在7%以内。本文研究了翅片参数对于换热器性能的影响,结果表明翅片间距对于换热量的影响较大,减小翅片间距可增加17%的换热量;在相同的迎风面积和翅化比下,增大翅片高度对于换热器性能影响不大,但可以降低20%的换热器成本。     

多芯片用热管散热器的数值分析和实验研究

根据芯片的高散热要求,设计了一种带有热管和不同翅片参数的散热器.采用数值模拟的方法分析了散热器翅片参数、热管数量和布局等参数对散热性能的影响,以确定最优设计方案,并对热管散热器的热性能进行了实验测试.测试结果表明,设计的热管散热器能满足使用要求,解决了芯片的散热问题.     

LED太阳花散热器正交试验模拟优化设计

利用仿真软件ICEPAK对一款大功率LED太阳花散热器进行了热仿真模拟。实验数据曲线和模拟结果曲线的相似度分析结果表明利用ICEPAK进行太阳花散热器热仿真模拟的可行性。为了提高太阳花散热器的散热效率以及控制散热器重量,使用正交试验法对太阳花散热器进行模拟优化设计,从散热器圆柱半径、热沉高度、翅片厚度、翅片数量、翅片长度等5个方面考察了太阳花散热器的尺寸参数对散热器重量与LED最高温度的影响。得到了一个散热效率最优化结果,优化后LED的最高温度较优化前下降了11℃,重量基本不变。     

扰流孔及翅片间距对直接空冷蛇形翅片管流动与换热的影响

在传统直接空冷单排蛇形翅片扁平管上增设扰流孔以强化换热。本文应用Fluent软件对有、无扰流孔的2种蛇形翅片扁平管(蛇形翅片管)模型进行三维数值模拟,研究了1.4、2.2、3.0、3.8m/s4种迎面风速下不同翅片间距对有、无扰流孔的2种型式翅片管换热、阻力以及综合性能的影响。结果表明:与未开孔的蛇形翅片管相比,增设扰流孔的蛇形翅片管在各种翅片间距、迎面风速下使空气侧的换热系数提高1%～18%,且流动阻力略微减小;在较小的迎面风速范围内,增设扰流孔可以使相同工况下的最佳翅片间距减小。     

临近空间飞行器配电单元热仿真研究

使用Flotherm对临近空间飞行器配电单元进行建模仿真，并通过实验验证仿真结果的有效性；在海拔25 km低气压大气条件下对散热器翅片高度、间距及厚度进行优化设计及仿真，兼顾提高功率密度、整机减重及保证结构强度，最终选择具有8个风扇、散热翅片高度75 mm、翅片间距6 mm、翅片厚度1 mm的结构模型作为设计方案。该研究结果对临近空间环境配电单元的结构优化及热设计具有一定的指导意义。     

基于铜铝基板和热沉组合的LED散热性能的研究

大功率LED具有节能环保、发光效能高等诸多优点,但是散热问题制约了它的快速发展.本文针对CREE公司6W大功率LED芯片,测试其基于铜铝材料基板与热沉组合的散热性能、光电性能及热分布,从而对所涉及的材料和结构进行反馈改进,实现对LED芯片的基板与热沉的最优选择.通过对原理和实验结果的分析,得出黄铜的散热性能并不差,黄铜和铝的基板热沉混合组合其散热效果与性能表现要好于同种材料的组合,并指出提高LED散热能力的关键是散热结构与散热面积.     

基于GaN的3.5 kVA单相逆变电源研制

为了满足动车组列车对车辆设备轻量化的要求,研制一种容量为3.5 kVA的自然散热型车载单相逆变电源,并对其散热器的散热性能进行系统分析以提高该电源的散热效率从而降低工作温度以保证系统的可靠性.首先,基于热损耗理论、计算器件的功率损耗;然后,运用热分析软件ICEPAK对散热器翅片的厚度、高度、间距和基板厚度进行参数化仿真,再综合该电源结构强度和重量以确定散热器结构的最佳方案;最后,按照车载单相逆变电源设计容量和最优散热器结构加工样机进行温升和输出性能测试.实验结果表明,该电源的仿真温度与实验温度的误差在7％以内,证明了结构优化的合理性和数值模拟的可行性,同时稳定的、高品质的电源输出特性验证了电气系统和散热系统的可靠性.     

基于功率型LED散热技术的研究

散热制约了LED功率的进一步提高。本文在分析功率LED受热效应影响的基础上,从改进LED结构角度来解决散热问题。芯片采用倒装焊结构,可降低热阻,提高散热能力,对倒装焊结构的热能扩散途径进行了阐述,指出采用导热性能优良的封装材料是提高散热效率的重要途径。并对密封材料,键合材料,散热基板对散热的影响作了详细的分析,最后介绍了采用热沉散热的最新进展,并提出了今后的研究方向。     

基于Icepak变频空调主板散热器优化设计

散热已经成为空调主板设计的瓶颈问题,散热不合理造成主板烧损的现象时有发生。目前散热器设计多以经验加实测验证为主,对散热器的关键影响参数认识不足,设计时具有一定的盲目性。以某款变频空调为研究对象,采用Ansys-Icepak建立散热仿真方法,通过实测进行验证,并对散热器基板厚度、翅片高度、翅片间距等关键参数对散热效果的影响进行深入研究。结果表明:该仿真分析方法与实测趋势一致,可以指导设计,提高设计效率。翅片间距、基板厚度均不能过大和过小,由于成本、空间限制,翅片长度不能过长,当翅片间距4～6mm、基板厚度5～7mm、翅片长度50～70mm时,为最优散热器。     

基于曲线拟合的PEBB单元散热优化设计

散热优化是功率电子元组件(PEBB)设计的关键环节,良好的散热系统可充分提高PEBB的功率密度,最大限度地提高开关器件的利用率。文中详细计算了PEBB单元开关器件的各项损耗功率,并采用ICEPAK软件对该单元进行散热仿真分析。通过改变PEBB单元中散热器的翅片数目和基板厚度等参数,得出其对单元散热效果的影响,运用曲线拟合的方式确定了这些影响因素与散热效果的函数关系,并通过对函数式求极值给出了散热器结构优化方案,最终通过对比仿真结果与实验数据验证了热仿真设计方法和实验的一致性,证明了该仿真在系统散热优化设计中具有指导意义。     

热管换热器应用于大功率LED路灯冷却系统的实验研究

研发了一系列将大功率发光二极管(LED)散热和热管传热相结合的用于大功率LED路灯冷却的热管散热器,并对设计出的热管散热器的传热性能进行了实验研究.实验结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能控制节点温度在70℃以下,满足了LED路灯对结点温度的控制要求;同时实验结果表明,改变翅片结构,换热器散热能力明显不同,所研发的具有菱形、开孔形及外翻形翅片的热管换热器散热能力比普通矩形翅片热管换热器的散热能力明显提高,其中以外翻形翅片的热管换热器散热能力最好;另外研究了改变环境温度、热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响,找到更具应用价值的热管换热器形式;最后研究了热管换热器工作倾角对LED路灯散热能力的影响,倾角越小,散热能力越好,垂直使用时散热能力最差,最后从理论上加以分析.     

基于BLT方程的有孔箱体屏蔽效能分析

为了计算有孔金属屏蔽箱体的屏蔽效能,根据Robinson算法和电磁拓扑理论,提出了一种基于BLT方程的有孔箱体屏蔽效能分析方法,推导出了屏蔽箱体、孔逢、入射波等参数与屏蔽效能的关系式,并扩展到孔阵、偏心孔以及任意极化角的情形,分析了开孔形状、孔阵的孔间距、孔阵开孔面积以及开孔数量对屏蔽效能的影响。在0~2 GHz范围,对单孔和孔阵箱体的屏蔽效能进行仿真,并与Robinson算法以及CST仿真结果进行了对比,验证了方法的有效性。数值仿真结果表明:开孔面积不变时,开孔数量越多屏蔽效能越好;开孔数量不变时,开孔面积越小屏蔽效能越好;在开孔面积以及开孔数量都不变时,孔阵的孔间距越大屏蔽效能越好。     

LED灯具开关电源散热仿真及优化设计研究

散热设计是LED开关电源设计的重要环节,本文阐述了电源热分析的重要性,并根据现有LED灯具的开关电源进行散热建模仿真,分析研究电源外壳阵列开孔或电源腔灌胶的方法对开关电源散热环境的改善情况。通过仿真优化得出的研究结果将有效指导实际工程应用。     

利用有限元分析优化功率模块热设计

为解决大功率电源控制器中功率模块的热可靠性问题,根据功率模块的散热原理,分析影响功率模块的散热因素,利用有限元热分析软件I-DEAS-TMG对其进行热分析,得到整个功率模块的温度场分布情况,模拟功率模块中各发热元器件的温升及其相互之间的热耦合情况,根据热分析结果提出热设计方法。最后,根据得出结论对功率模块各发热器件进行重新布局,并经桌面试验证实重新布局后的功率模块就其热可靠性而言更为合理,能有效提高BDR模块的效率。     

空调用5mm管翅式管换热器的翅片设计与实验研究

本研究基于CFD模拟的方法设计了适用于5mm管翅式换热器的翅片结构。根据设计结果,对11个5mm管翅式换热器进行了实验测试,并根据所得实验数据,开发了能够预测5mm管翅式换热器的关联式。实验结果表明:换热量随翅片间距的增加而减小,且比7mm管或更大管径换热器更明显;翅片底部出现水桥,而在7mm管或者更大管径换热器中不曾出现。根据实验数据开发的预测5mm翅片管换热器换热性能的j因子关联式,误差在±20%以内。