[如何通過熱設計減少開關電源內部消耗]:1引言 　　高功率密度是開關電源發展的方向之一,通過熱設計盡可能減少電源內部產生的熱量、減少熱阻以提高效率外、選擇合理的冷卻方式是開關電源熱設計的基本任務.開關電源除了電應力之外,溫度是影響開關電源可...

　　高功率密度是 　　F=Ae-E/KT 　　其中:F=故障率,A=常數,E=功率,K=玻爾茲曼常量(8.63e-5eV/K),T=結點溫度. 　　為解決此問題可從兩方面入手:(1)從電路結構上減少損耗,如采用更優的控制方式和技術,如高頻軟開關技術、移相控制技術、同步整流技術等,另外就是選用低功耗的器件,減少發熱器件的數目,加大加粗印制線的寬度,提高電源的效率;(2)運用更有效的散熱技術,利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉移,這包括采用散熱器、風冷(自然對流和強迫風冷)、液冷(水、油)、熱電致冷、熱管等方法.在較大功率開關電源中的主要散熱方式是強制風冷,因此提高強制風冷效果的技術就成了研究的重點.合理的風道設計和在散熱器前端加入擾流片引入紊流可顯著的提高散熱效果. 　　在盡量通過優化設計等方式而減少功率開關發熱量的同時,一般還需要通過散熱器利用傳導、對流、輻射的傳熱原理,將器件產生的熱量快速釋放到周圍環境中去,以減少內部熱累積,使元件工作溫度降低. 　 　　目前開關電源研究者用flotherm或icepak電子系統散熱仿真分析軟件進行建模分析,但整個業界都還停留在傳統人力分析熱的階段.用軟件做熱設計是最近才在中國業界流行起來的,熱仿真不是無的放失,只有數據和模型提供的越準確,結果才越能反應真實情況,它主要是起一個指導作用.現在的電源行業要求體積小型化,原來的憑經驗來設計散熱器遠不能滿足發展的需要. 　　FLOTHERM是一套由電子系統散熱仿真軟件先驅----英國FLOMERICS軟件公司開發并廣為全球各地電子電路設計工程師和電子系統結構設計工程師使用的電子系統散熱仿真分析軟件,全球排名第一且市場占有率高達80%以上.其最顯著的特點是針對電子設備的組成結構,提供熱設計組件模型,根據這些組件模型可以快速建立機箱,插框,單板,芯片風扇,散熱器等電子設備的各組成部分. 　　FLOTHERM采用了成熟的CFD(Computational Fluid Dynamic計算流體動力學)和數值傳熱學仿真技術開發而成,同時它還結合了FLOMERICS公司在電子設備傳熱方面的大量獨特經驗和數據庫,并擁有大量專門針對電子工業而開發的模型庫.應用FLOTHERM可以從電子系統應用的環境層、電子系統層、各 　　flotherm 軟件基本可以分為前處理,求解,后處理三個部分.前處理包括project manager,drawing board和flogate.project manager 用于項目管理,物性參數,網格參數,計算參數的設定等.drawing board提供一個可視化的建立機柜,插框,單板,芯片幾何模型的界面和計算網格劃分的工具.通過在project manager和drawing board中的互動操作就可以完成具體的建摸操作.flogate是一個數據接口模塊,它可以把單板的裝配圖文件(IDF格式)導入flotherm,直接完成單板的建摸設計.求解器是flosolve模塊,它可以完成模型瞬態及穩態的溫度場和流場計算.后處理部分包括Visulation,flomotion和table.Visulation完成仿真計算結果的可視化顯示flomotion除了也可以用于可視化顯示外,還可以制作流場的動化顯示,熱分析模型的大量計算數據如某區域的平均溫度,空氣流量等都可以通過table模塊查詢. <

高功率密度是 電源發展的方向之一,通過熱設計盡可能減少電源內部產生的熱量、減少熱阻以提高效率外、選擇合理的冷卻方式是開關電源熱設計的基本任務.開關電源除了電應力之外,溫度是影響開關電源可靠性最重要的因素.開關電源內部的溫升將導致元器件的失效,當溫度超過一定值時,失效率將呈指數規律增加,溫度超過極限值時將導致元器件失效.溫度和故障率的關系是成正比的,可以用下式來表示:F=Ae-E/KT其中:F=故障率,A=常數,E=功率,K=玻爾茲曼常量(8.63e-5eV/K),T=結點溫度.為解決此問題可從兩方面入手:(1)從電路結構上減少損耗,如采用更優的控制方式和技術,如高頻軟開關技術、移相控制技術、同步整流技術等,另外就是選用低功耗的器件,減少發熱器件的數目,加大加粗印制線的寬度,提高電源的效率;(2)運用更有效的散熱技術,利用傳導、輻射、對流技術將熱量轉移,這包括采用散熱器、風冷(自然對流和強迫風冷)、液冷(水、油)、熱電致冷、熱管等方法.在較大功率開關電源中的主要散熱方式是強制風冷,因此提高強制風冷效果的技術就成了研究的重點.合理的風道設計和在散熱器前端加入擾流片引入紊流可顯著的提高散熱效果.在盡量通過優化設計等方式而減少功率開關發熱量的同時,一般還需要通過散熱器利用傳導、對流、輻射的傳熱原理,將器件產生的熱量快速釋放到周圍環境中去,以減少內部熱累積,使元件工作溫度降低.目前開關電源研究者用flotherm或icepak電子系統散熱仿真分析軟件進行建模分析,但整個業界都還停留在傳統人力分析熱的階段.用軟件做熱設計是最近才在中國業界流行起來的,熱仿真不是無的放失,只有數據和模型提供的越準確,結果才越能反應真實情況,它主要是起一個指導作用.現在的電源行業要求體積小型化,原來的憑經驗來設計散熱器遠不能滿足發展的需要.FLOTHERM是一套由電子系統散熱仿真軟件先驅----英國FLOMERICS軟件公司開發并廣為全球各地電子電路設計工程師和電子系統結構設計工程師使用的電子系統散熱仿真分析軟件,全球排名第一且市場占有率高達80%以上.其最顯著的特點是針對電子設備的組成結構,提供熱設計組件模型,根據這些組件模型可以快速建立機箱,插框,單板,芯片風扇,散熱器等電子設備的各組成部分.FLOTHERM采用了成熟的CFD(Computational Fluid Dynamic計算流體動力學)和數值傳熱學仿真技術開發而成,同時它還結合了FLOMERICS公司在電子設備傳熱方面的大量獨特經驗和數據庫,并擁有大量專門針對電子工業而開發的模型庫.應用FLOTHERM可以從電子系統應用的環境層、電子系統層、各 及部件層直至芯片內部結構層等各種不同層次對系統散熱、溫度場及內部流體運動狀態進行高效、準確、簡便的定量分析.它采用先進的有限體積法處理結構,可以同時在三維結構模型中模擬電子系統的熱輻射、熱傳導、熱對流、流體溫度、流體壓力、流體速度和運動矢量,其中對散熱的三種狀態可以完全獨立分析.對于國防領域經常碰到的多種冷卻介質(如局部液冷)、有太陽輻射的戶外設備和必須要考慮器件之間局部遮擋的高精度輻射散熱計算等情況,FLOTHERM軟件的求解器更有完善的處理能力.FLOTHERM強大的前后處理 不但可以直接轉換各類主流MCAD和EDA軟件設計好的幾何模型以減少建立模型的時間,還可以將運算后的數據以溫度場平面等勢圖和流體運動三維動畫或報告等形式直觀方便地顯示出來.flotherm 軟件基本可以分為前處理,求解,后處理三個部分.前處理包括project manager,drawing board和flogate.project manager 用于項目管理,物性參數,網格參數,計算參數的設定等.drawing board提供一個可視化的建立機柜,插框,單板,芯片幾何模型的界面和計算網格劃分的工具.通過在project manager和drawing board中的互動操作就可以完成具體的建摸操作.flogate是一個數據接口模塊,它可以把單板的裝配圖文件(IDF格式)導入flotherm,直接完成單板的建摸設計.求解器是flosolve模塊,它可以完成模型瞬態及穩態的溫度場和流場計算.后處理部分包括Visulation,flomotion和table.Visulation完成仿真計算結果的可視化顯示flomotion除了也可以用于可視化顯示外,還可以制作流場的動化顯示,熱分析模型的大量計算數據如某區域的平均溫度,空氣流量等都可以通過table模塊查詢.