雷达电子机箱的热分析及优化设计.pdf

《雷达电子机箱的热分析及优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、·24·内燃机与配件雷达电子机箱的热分析及优化设计赵莲晋(中国电子科技集团公司第38研究所，合肥230088)摘要：雷达电子机箱热控性能的好坏直接影响其．r-作性能与寿命。某型号雷达的机箱由于使用环境改变，使用条件限制，无法采用原来的强迫风冷方式冷却，因此，需对机箱冷却方式做变更。对该型号雷达机箱热控做优化改进方案，确定了在局部热点区域采用热管(均温板)提高热传导能力、将机箱壳体与散热翅片材料更换为导热性能更高的铝材、优化散热翅片参数的优化设计方法，确保优化后的冷却方案满足雷达电子机箱的热设计指标要求。关键词：机箱；热设计；散热翅片；热管0引言电子设备机

2、箱广泛应用于国防及民用工业等各个领域。随着电子科学技术的发展，电子产品集成度越来越高，功率越来越大，因而其热设计难度也越来越大。电子设备机箱热控性能的好坏直接影响电子设备工作性能与寿命”】。研究表明：电子设备的失效有55％是温度超过规定值引起的121，过热损坏是电子设备失效的主要形式13，41。根据阿列纽斯定律，器件温度每升高10℃时，失效率就会增加1个数量级同。要提高电子设备机箱的可靠性和稳定性，需要对机箱进行合理的热设计。电子设备机箱会根据其热耗特性及使用环境特点选用不同的冷却方式。常见的冷却方式有：①空气冷却技术；②液体冷却技术；③热管冷却技术；④

3、其它冷却技术(半导体、微通道、相变、压电风扇等)151。其中空气冷却技术包括自然冷却和强迫风冷。自然冷却适用于热流密度低的场合，具有可靠性高、噪音低等优点；强迫风冷适用于热流密度更高一些的场合，散热效率较自然冷却提高了很多，但风机的使用会带来噪声与灰尘，可靠性相对下降，布置风道也会占用一些空间。液体冷却技术的导热能力较空气冷却大大上升，但采用该方式冷却必须要有外部热交换器，系统较为复杂，成本高，维护困难。热管冷却技术具有质量轻、导热性好、均温性能佳，结构灵活等特点，在局部过热、散热空间有限的条件下使用具有很大优势，既可将热量传导出去，又可减小散热装置尺寸

4、。本文研究的某型民用雷达机箱，原设计是采用强迫风冷进行散热。由于机箱使用环境条件发生变化，不允许再用风机进行强迫对流，也无法提供外部液冷源，但使用环境温度最高仍保持55qC不变，电子元器件热设计指标亦保持不变。因此，需对机箱散热设计进行优化。本文利用Icepak软件进行仿真，确定采用热管改善局部过热现象，优化机箱壳体及散热翅片材料，优化散热翅片参数等方法，保证优化后的冷却方案满足新环境使用条件要求及热设计指标要求。1原设计方案及改进问题描述1．1原机箱结构与热设计作者简介：赵莲晋(1986一)，女，广西钦州人，工程师，研究方向为电子设备热设计。某民用雷达

5、机箱原本采用强迫风冷方式散热。机箱内装有数字板、电源板、射频板以及电源模块，这四块印制板依次排列在机箱内部，每块印制板上都带有一块风冷冷板散热。机箱一侧的门板是数字板的风冷冷板，另一侧门板是射频板的风冷冷板，如图1所示。机箱上下两侧壳体上开孔，机箱底部采用两个4412FM风机吹风，对机箱印制板进行强迫风冷。雷达机箱内四块印制板热耗分布及热设计指标要求如表1所示。其中数字板热耗最大，占总热耗62．9％。印制板上热流密度较高的元件通过导热衬垫和凸台与风冷翅片底板接触，将热量导到风冷翅片上，再通过强迫对流与辐射带走。四块印制板的风冷翅片参数均为：底板3ram，

6、翅片高度3mm，翅片间隙3ram，翅片厚度3ram，原热设计方案下，环境温度为55。C时，数字板、电源板、射频板、电源模块发热器件最高壳温分别为79．1℃、72．4℃、77．9℃、71．6℃，均满足指标要求。1．2问题描述电数图1原机箱结构表1热耗分布及热设计指标名称热耗，w指标原方案热元件最高壳温，℃数字板52．8壳温≤80℃79．1电源板9．772．4射频板7．13壳温≤85℃77．9电源模块14．371．6合计(W)83．93InternalCombustionEngine＆Parts‘25‘一一一————-——!!!!!!!!!!!!!!!竺竺苎

7、!!!!!!竺!!!!!!!!!!!!!!!!苎!!!!!竺竺!竺!!!!!!!竺!!!!!!!!!!!!!!竺!竺!!!!!!!!!!!!!!该机箱原设计方案是利用风机和散热翅片强迫风冷。现在雷达机箱使用环境条件发生变化，最高使用环境温度仍为55℃，但不允许再使用风机进行散热，也无液冷源。若是直接将风机去掉进行自然散热，经计算，数字板、电源板、射频板以及电源模块上芯片的最高壳温分别达93．8。C(图2)、88．3℃、88．5℃、87．4℃(表3)，显然不满足热设计指标要求。因此，需要对机箱移除风机后的散热方案做优化。2机箱散热优化设计机箱内4块印制板中

8、，数字板上的器件热耗最大，热流密度最高，功率器件安装面积小(25mmx25mm)