电源系统可靠热设计与热分析实验报告.docVIP

实验报告 电源系统可靠性热设计与热分析实验 班级 学号 姓名 实验时间 2011/10/21 目 录 1. 实验目的 1 2. 实验仪器 1 3. 实验原理 1 3.1. 电源系统组成及工作原理 1 3.1.1. 电源系统设计要求 1 3.1.2. 电源系统组成及工作原理 1 3.2. 功率器件的降额设计 1 3.3. 电源系统的热设计 1 3.4. 功率器件散热器的优化设计 1 3.4.1. 散热器的特性 1 3.4.2. 散热器优化设计 1 3.4.3. 散热器的优化实施 1 3.5. Qfin软件简介 1 4. 实验内容与测试数据 1 4.1. 实验内容 1 4.2. 器件参数 1 4.3. 实验步骤 1 4.3.1. 电路热测量及计算 1 4.3.2. Qfin软件优化散热器 1 5. 实验结果分析与总结 1 6. 实验心得体会 1 实验目的 在航空航天设备中，功率器件是大多数电子设备中的关键器件，其工作状态的好坏直接影响到整机可靠性。功率器件发热量大，温度高，一般仅靠器件外壳散热难以满足器件的温度要求，需要合理安装散热器来辅助散热。传统的方法是根据功率器件的功耗及形状、尺寸大小来选择散热器，并没有考虑散热器的优化设计。 本实验课在进行热设计理论研究的基础上，利用散热器优化软件提出了散热器优化设计方案，从工程实用角度出发，根据航空航天设备体积小重量轻的要求，提出了功率器件散热器工程优化思想，即在满足散热要求的前提下综合考虑散热器的体积、重量和成本。以散热器质量为优化目标，达到功率器件与散热器的最优匹配。 电源系统可靠性热设计与热分析实验以电源系统为依托，对其中最关键的功率器件进行热分析，并对功率器件选用的散热器进行优化设计从而达到功率器件与散热器的最优匹配，再对优化后的散热器进行测试验证和评估，这也为同学今后在走向工作岗位的时候掌握功率器件热设计和散热器优化提供工程实用的方法。 实验仪器 本次实验中用到的实验仪器如表2.1所示： 表 2.1 实验仪器表 实验装置 数量 16路测温系统 1 非接触测温仪 1 万用表 1 微机及Qfin软件 各1 实验原理 电源系统组成及工作原理 电源系统设计要求 输入电压： 220V 电源输出： 2~20V 1A -2~20V 1A +5V 1.5A 电源内阻：0.1Ω 纹波：1mV 输出具有短路保护功能，电源系统工作环境温度50℃。 电源系统组成及工作原理 本次实验中用到的电源系统的原理图如图3.1所示： 图 3.1 电源系统电路原理图 电路主要由三大部分组成：即变压器，整流滤波电路，稳压电路。 变压器：按照设计要求变压器的输出端共五个抽头，三条输出是双17V，另两条输出为10V输出。 整流滤波电路：整流电路是由二极管构成的桥式整流电路、电容构成滤波电路。 稳压电路：稳压电路采用稳压模块即：LM317、LM337和LM7805，辅助电路采用了大容量电解电容，有效地滤出了纹波。 电源电路元器件参数如表3.1所示。 表 3.1 2#电源系统元器件参数 名 称 编 号 参 数 备 注 变压器 T 输入电压:220V 输出电压:双17V,10V 整流器 T1 3A T2 3A 电压调整器 U1(LM317) 结温: 0℃~120℃ U2(LM337) U3(LM7805) 结温: 0℃~125℃ 电阻器 R01 1kΩ R02 1kΩ R1 3.3kΩ 可变电阻器 R2 3.3kΩ R3 100Ω R4 240Ω R5 20Ω,20W 大功率电阻器 R6 20Ω,20W R7 10Ω,15W R8 20Ω,20W R9 20Ω,20W R10 10Ω,15W 电容器 C1 2200μF 电解电容器 C2 2200μF C5 10μF C6 10μF C9 220μF C10 220μF C11 3300μF C13 220μF C3 0.1μF C4 0.1μF C5 0.1μF C8 0.1μF C12 0.1μF C14 0.1μF 开关 K1 0.4VA K2 0.4VA K3 0.4VA 功率器件的降额设计 降额设计是将元器件进行降额使用，降额使用的器件可延缓和减小其退化，从而提高了器件的可靠性，从而也提高了系统的可靠性。降额设计就是使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值，从而达到降低基本故障率，保证系统工作的可靠性。电子元器件的故障率对电应力和温度应力比较敏感，因此降额设计在军