封闭式机箱的散热分析

封闭式机箱的散热分析第一章绪论背景及意义

电子设备热技术的研究动态国内外类似研究的发展现状存在的主要问题及发展趋势电子设备热技术的概述

第一章绪论背景及意义

现代生活中电子设备已经渗透到了民用、厂矿、军事等各个方面。电子设备的可靠性对于人们的生活起着越来越重要的作用。研究表明：电子设备的主要失效形式是热失效。随着温度的增加，其失效率呈指数增长趋势，甚至有的器件在环境温度每升高10℃，失效率增大一倍以上。第一章绪论背景及意义

电子热设备过热的问题已成为急待解决的重要问题，早引起世界各国的高度重视。对这方面的研究项目就是基于此目的提出的，研制电子设备热分析、热设计、热测试的CAD技术，以解决电子设备过热的问题。第一章绪论电子设备热技术的研究动态国内外类似研究的发展现状存在的主要问题及发展趋势第一章绪论存在的主要问题及发展趋势目前，国内外在计算机辅助电子设备热设计领域的研究开发较少，也没有相应的软件系统。热设计软件系统很复杂，不仅涉及热设计的基本理论，而且涉及如何实现热设计过程的计算机化的技术，研究困难较大。

国内外对于计算机辅助电子设备热分析、热设计及热测试设计一体化技术都未进行探索研究，还没有电子设备设计、电学模拟、热分析、热设计及热测试等工具集成为一个电子产品开发环境，缺乏相应的一体化软件系统。该方面的研究尚处于空白，具有很大的研究潜力和价值。第一章绪论国内外类似研究的发展现状国外在六十年代开始电子设备热分析，热设计及热测量方面的研究工作，大规模开始研究电子产品的热问题是在八十年代中期。目前，国外在电子设备热设计和热测量方面技术较成熟国内由于电子工业的发展落后于国外，因此电子设备的热分析、热设计、热测试技术理论的研究较少，水平较低，尚处于起步阶段第一章绪论电子设备热技术的概述

解决电子设备过热问题，以提高产品可靠性的相关技术总称为电子设备热技术。它主要包括热分析、热设计及热测试三大技术。主要方法：解析分析法数值分析法第二章封闭式机箱的热设计物理模型

物理模型

设备的大小为423mm（W）×88mm（H）×370mm（L）；设备为密封式设备，密封程度防雨淋；机壳用铝合金（2A12）焊接而成，壳体和壳盖选择在整机的上部分分型，搭接面填充的非导热材料；机壳的两个侧板与盖板均铣有散热槽。设备内部结构

内部组成设备由三个模块组成，即主板、控制板、电源模块。控制板通过板间连接器扣在主板的上方。模块功耗设备的整机设计功耗为50W，实测功耗为35W，其中各个器件的设计功耗如表所列：序号名称功耗所在位置数据来源1主板模块22实测值

2控制板模块4实测值

3电源模块10计算值

4芯片11011主板中心,Top

设计值5芯片11453主板右下角，Top设计值6芯片82453控制板中心，Top

设计值7电源8电源中心，Bottom经验值

散热方案对于110芯片，用110导热板将芯片的热量传导至机壳底板上；对于8245芯片，用8245导热板将芯片的热量传导至机壳侧壁上；对于芯片1145，在芯片上放置一个铝材散热片；对于电源，可直接贴在机壳底板上，通过机壳底板散热；箱体同时与内部空气和外部环境进行对流换热，把机箱内部的热量排放到环境。

解析计算电源的散热分析

箱体底部的散热分析

芯片8245的散热分析

箱体侧面的散热分析

箱体内部空气的散热分析

芯片1145的散热分析

芯片110的散热分析

第三章解析计算芯

片110的

散

热

分

析

导热板110的结构尺寸图芯片110的模拟热阻图

板M板N芯

片110的

散

热

分

析

计算得到各散热路径上的热阻值，由模拟电路分电流定律可以计算各个支路的热流量，然后由公式Δt=QR可以得到各个热阻引起的温升ef芯

片110的

散

热

分

析

计算得到各散热路径上的热阻值，通过由模拟电路分电流定律可以计算各个支路的热流量，然后由公式Δt=QR可以得到各个热阻引起的温升，把各段的温升累加起来，从而得到芯片核心到箱体的温降。如果得到箱体的温度即可求得芯片核心的温度。芯

片8245的

散

热

分

析

导热板8245的结构尺寸图

芯片8245的模拟热阻图芯

片8245的

散

热

分

析

计算得到各散热路径上的热阻值，通过由模拟电路分电流定律可以计算各个支路的热流量，然后由公式Δt=QR可以得到各个热阻引起的温升，从而得到芯片到机箱的温降。电源的散热分析

电源直接贴在机壳底板上，通过机壳底板散热。因此电源8W的能量全部传递给机箱底板，通过对流散失到周围环境中去。电源与底壳之间存在接触热阻，接触热阻为：

电源接触热阻产生的温升为：箱体底部的散热分析

利用热平衡法，列出各个节点的离散方程

节点1：节点2：节点3：节点4：节点5：节点6：

机箱底部结构尺寸和结点位置

机箱底部模拟热阻图箱体侧面的散热分析

利用热平衡法，列出各个节点的离散方程

机箱侧板结构尺寸和结点位置机箱侧板模拟热阻图

节点1：节点2：节点3：节点4：节点5：箱体内部空气的散热分析

箱体内部空气的吸热量来源于芯片110，芯片8245，芯片1145，主板，控制板和电源的散热。内部空气通过传热过程将热量传给外部环境，计算出传热热阻和热流量即可得出内部空气相对外部环境的温升。序号名称热量（W）1主板82控制板13电源模块14芯片1107.185芯片114536芯片82450.47芯

片1145的

散

热

分

析

芯片1145通过散热器将3W的能量全部传给箱体内部的气体。由等截面直肋的导热可知：肋基处热流量

肋基温度为

通过计算肋基的导热热阻和导热膜的导热热阻引起的温升，从而算出芯片1145表面的温度。第

三

章

计

算

结

果

分

析

可见，导热板8245、导热板110、电源模块和空气温度解析计算与实测结果相接近，在误差范围以内（小于10%），而壳盖温度两者相差甚远，可能原因有：

计算箱体底面和侧面温度时采用节点网络法将底面和侧面分成好几块，而网络结构划分不够细，各板块间温差较大。计算箱体底面和侧面温度时，由于内部空气与壳盖温度相接近，而其对流换热系数又较小，所以计算时忽略了内部空气与壳盖间的对流换热。

位置8245导热板电源模块110导热板空气壳盖实际测量65℃65℃70℃62℃66℃解析求解61.47℃65.38℃70.50℃59.79℃57.00℃误差5.4%0.6%0.7%3.6%13.6%第

四

章flotherm软

件

模

拟传感器温度曲线

箱体侧面温度场分布图

箱体底部温度场分布图

第

四

章flotherm软

件

模

拟纵深方向温度场分布图横截方向温度场分布图第

四

章flotherm软

件

模

拟内部气流分布图第

四

章flotherm软

件

模

拟由表4.3的结果分析可以看到不论是解析求解还是软