热设计和仿真_经验总结

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经验总结 热设计和仿真 彭小权 ppxx1@163.com 文档变更记录 版本变更内容编辑日期 V001创建彭小权2018/5/3 彭小权 ppxx1@163.com 目录 工具和手册 热的产生 热的传递 热的消耗 瞬时热冲击 汽车行业特性 彭小权 ppxx1@163.com 工具和手册 2017下半年 仿真 simulation 计算 count 参考 reference 1. 明确问题 (讨论) 2. 热设计 (经验) 3. 计算 (整理数据) 4. 建模 (从粗到精) 5. 仿真 (CAE) 6. 优化 (测试+CAE) 彭小权 ppxx1@163.com 彭小权创作 工具和手册 工具:计算器(编制,一般可用Excel) CAE软件(ICEpak、Flotherm、FloTH_XT、Cfdesign ) 温度传感器(部分IC自带温度传感器) 测温板卡(试验部门提供或自购,一般用NI品牌) 测温台架(试验部门提供或自购,高低温试验箱最佳,具体根据环境试验要求) 手册:《GJBZ 27-1992 电子设备可靠性热设计手册》 材料标准(比热容、热传导率、黑度、放热系数和表面粗糙度等) 数据库(雷诺系数、经验值、测试数据和测试报告) 规格书(封装、几何、热和导热等) 比热容 specific heat capacity 焦耳每千克摄氏度[J/kg· ℃] ? = ? ? ? ?? 传导辐射对流传递 彭小权 ppxx1@163.com 彭小权创作 工具和手册 公式 formula : 热传递:? = ???? heat transfer 热传导:? = ??? ?? ?? heat conduction 热辐射:? = ??0?4 heat radiation 热对流:? = ??? ??? ?? heat convection 热流密度:? = ? ? ??= ? ? heat flux density 温升冲击:?? = ? ? ? ? temperature shock 温差:??= ??+ ????= ??+ ???? temperature difference 单位 unit 单位 unit 单位 unit 彭小权 ppxx1@163.com 彭小权创作 热的产生 能量守恒 Conservation of energy 转换:? = ?2? transform 效率:? = 1 ? ? ?????? efficiency 复合:? = ?1+ ?2+ ? complex 热机械能 电能 …… 化学能 热能 热 Q 引擎变速箱电子电 器 ……… …… 彭小权 ppxx1@163.com 彭小权创作 热的产生 生命周期 Life cycle 开始发热:Start to work 系统冷启动时,因充分冷却,热量从环境温度基准积累,局部环境温度等于周边环境温度; 系统热启动时,由于系统中存留热量,热量从高于环境温度基准积累,局部环境温度大于周边环境温度; 系统热启动时,若系统中存留过多热量,热量从高于环境温度基准积累,系统温度大于保护温度,系统故障。 稳态功耗:Steady state power dissipation 系统处于低功耗稳定运行时,功耗处于稳定状态,这时候系统的温度波动非常小,测试一般采用该状态; 系统处于中功耗稳定运行时,功耗处于稳定状态,这时候系统的温度波动非常小,测试一般采用该状态; 系统处于高功耗稳定运行时,功耗处于稳定状态,这时候系统的温度波动非常小,测试一般采用该状态。 峰值功耗:Peak power dissipation 系统稳定运行过程中,在比较短的时间内需要产生或受到冲击,功耗会出现一个尖峰或尖谷,这时候系统的温度会波动但是不明显; 系统稳定运行过程中,在比较长的时间内需要产生或受到冲击,功耗会出现一个长峰或长谷,这时候系统的温度会波动而且很明显。 保护功耗:Protect power dissipation 系统稳定运行过程中,在比较短的时间内需要产生或受到冲击,功耗会出现一个尖峰或尖谷,若峰值过高,器件需要自我保护; 系统稳定运行过程中,在比较长的时间内需要产生或受到冲击,功耗会出现一个长峰或长谷,若温度过高,系统需要自我保护。 关闭功耗:Protect power dissipation 系统关闭过程中,若系统中存留的热量处于安全值,系统功耗等于“0”直接关闭; 系统关闭过程中,若系统中存留的热量高于安全值,系统功耗等于维持散热系统的功耗。 动态 dynamic 动态 dynamic 动态 dynamic 彭小权 ppxx1@163.com 热的传递 能量守恒 Conservation of energy 零件:component 内部零件, 暴露零件, 发热零件, 传热零件, 子集:sub-system 内部子集, 中间子集, 外部子集, 系统:system 主动散热, 被动散热, 复合散热, 环境:environment 温度, 污染, 天气, 媒介:medium 固体媒介, 液体媒介, 气体媒介, 双相媒介, 媒介 子集 零件 系统 环境 彭小权 ppxx1@163.com 彭小权创作 彭小权创作 热的消耗 能量守恒 Conservation of energy 零件:component 零件不能消耗热,只是暂时将热转化成势能、动能或分子能等,最终还是要以热量的形式释放。 计算和仿真的时候,一般忽略零件的热消耗,将零件同等电阻,发热体或导线。 子集:sub-system 子集不能消耗热,只是暂时将热转化成势能、动能或分子能等,最终还是要以热量的形式释放。 计算和仿真的时候,一般忽略子集的热消耗,将子集同等电阻,零件之间的热阻为零。 系统:system 系统不能消耗热,能将热转化成势能、动能、分子能或电能等,消耗的能力受转化效率限制。 计算和仿真的时候,一般忽略系统的热消耗,将系统同等电阻集合,子集之间的热阻划分到子集里面去。 环境:environment 环境能消耗热,环境自身无时无刻不在进行热、势能、动能、分子能或电能等的平衡。 计算和仿真的时候,环境设置为默认值,环境影响问题划分到系统里面去。 彭小权 ppxx1@163.com 彭小权创作 瞬时热冲击 能量守恒 Conservation of energy 零件:component 在热冲击情况下,零件的温升只需要计算质量、有效比热容与功耗的关系,温度会瞬时随着功耗的变化而变化。 子集:sub-system 在零件热冲击发生的时候,子系统不能立即将热量带走;在系统热冲击发生的时候,子系统不会立刻就跟着改变。 系统:system 在零件热冲击发生的时候,系统是来不及将热量带走;在环境热冲击发生的时候,系统会立刻就跟着改变。 环境:environment 环境是一个大热容池,对于现有的汽车零部件来说,几乎能容纳所有的热冲击(只是时间问题)。 彭小权 ppxx1@163.com 平衡 balance 平衡 b
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