Icepak在电源组件热设计中的应用.docx

PAGE 1 PAGE 1 Icepak在电源组件热设计中的应用  本文阐述了功率电路中热设计的重要性，对某电源组件的热设计问题进行了分析，具体介绍了对该电路进行热设计的过程，并运用热仿真软件Icepak对各优化设计方案进行了仿真分析并进行验证，使该组件更改后能满意热设计要求。  1前言  随着电子技术的发展，现代功率电路的功率密度越来越高，例如在大功率电源组件中，在有限的体积内通常会有较多的功率模块，这些模块在工作时会产生大量的热量，热量的积累使电路内部温度升高，简单导致电路的失效。为提高功率电路的牢靠性，设计中的热分析和热掌握必不可少。相对于传统的热设计方法，借助仿真手段可以大大削减计算量、缩短研制周期和降低成本，提高一次成功率并改善电子产品的性能。本文较具体地介绍了对大功率电源组件进行热设计，并应用Icepak热仿真软件进行建模分析的过程。  Icepak是业界主流热仿真软件，能够解决环境级、系统级、板级和元件级的热设计问题，其具有多样化的建模方式，全面的网格划分能力，求解能力强大，仿真结果精确度高。  2实例分析  2.1问题描述  某大功率电源组件，水平安装在机箱内，环境温度Ta=70℃，采用自然对流方式进行散热。该电源组件无封装外壳，在此组件电路中，需要在131mm*133mm尺寸的PCB板上安装8个功耗较大的DC/DC电源模块，其安全工作温度均为壳温105℃，电源模块的管壳材料为10#钢，表面未进行发黑处理，在电源模块与PCB之间加装有铝制散热板，其初始设计的实物如图1。 图1电源组件初始设计实物图 已知各个电源模块的输出功率和效率，且耗散功率可以通过公式1计算：  得出各个电源模块的功耗如图2： 图2DC/DC电源模块功耗分布 在满载工作时，实际测试各个电源模块管壳的最高温度为109℃，而对其进行建模分析，也可以看到仿真结果显示最高温度为105.8℃，与实测结果比较接近。 图3初始设计仿真结果 由于在最初设计时没有进行合理的热设计，该电源组件工作时，电源模块的最高温度已经超出了安全工作温度，所以不能采用该方案，在新设计方案中需要对该电源组件进行热设计，采取优化措施，保证其在满功率状态工作时全部模块的工作温度都在安全范围内。   本文阐述了功率电路中热设计的重要性，对某电源组件的热设计问题进行了分析，具体介绍了对该电路进行热设计的过程，并运用热仿真软件Icepak对各优化设计方案进行了仿真分析并进行验证，使该组件更改后能满意热设计要求。  1前言  随着电子技术的发展，现代功率电路的功率密度越来越高，例如在大功率电源组件中，在有限的体积内通常会有较多的功率模块，这些模块在工作时会产生大量的热量，热量的积累使电路内部温度升高，简单导致电路的失效。为提高功率电路的牢靠性，设计中的热分析和热掌握必不可少。相对于传统的热设计方法，借助仿真手段可以大大削减计算量、缩短研制周期和降低成本，提高一次成功率并改善电子产品的性能。本文较具体地介绍了对大功率电源组件进行热设计，并应用Icepak热仿真软件进行建模分析的过程。  Icepak是业界主流热仿真软件，能够解决环境级、系统级、板级和元件级的热设计问题，其具有多样化的建模方式，全面的网格划分能力，求解能力强大，仿真结果精确度高。  2实例分析  2.1问题描述  某大功率电源组件，水平安装在机箱内，环境温度Ta=70℃，采用自然对流方式进行散热。该电源组件无封装外壳，在此组件电路中，需要在131mm*133mm尺寸的PCB板上安装8个功耗较大的DC/DC电源模块，其安全工作温度均为壳温105℃，电源模块的管壳材料为10#钢，表面未进行发黑处理，在电源模块与PCB之间加装有铝制散热板，其初始设计的实物如图1。 图1电源组件初始设计实物图 已知各个电源模块的输出功率和效率，且耗散功率可以通过公式1计算：  得出各个电源模块的功耗如图2： 图2DC/DC电源模块功耗分布 在满载工作时，实际测试各个电源模块管壳的最高温度为109℃，而对其进行建模分析，也可以看到仿真结果显示最高温度为105.8℃，与实测结果比较接近。 图3初始设计仿真结果 由于在最初设计时没有进行合理的热设计，该电源组件工作时，电源模块的最高温度已经超出了安全工作温度，所以不能采用该方案，在新设计方案中需要对该电源组件进行热设计，采取优化措施，保证其在满功率状态工作时全部模块的工作温度都在安全范围内。   本文阐述了功率电路中热设计的重要性，对某电源组件的热设计问题进行了分析，具