结构设计与热设计.docx

电子电气产品结构设计 在电子行业中的结构设计一般是：在电子设备中，由工程材料按合理的连接方式进行 连接，且能安装电子元、器件及机械零、部件，使设备成为一个整体的基础结构，能够实现预定的电气、结构等功能。 而在电子行业中由于各种标准（国家标准、国际标准、行业标准等）对我们的设备提出了不同的要求。如标准YD-T 1095-2000《通信用不间断电源UPS》标准、《UL1778》等。 其中标准要求有： 环境条件 正常使用条件 环境温度：5°C~40°C；相对湿度≤93%[（40±2）°C，无凝露] 海拔高度应不超过 1000m；若超过 1000m 时按GB/T3859.2 规定降容使用。 贮存运输环境及机械条件 温度：-25°C ~ +55°C（不含电池） 振动、冲击条件应符合GB/T 14715-93 中的 5.3.2 规定。 外观与结构 机箱镀层牢固，漆面均匀，无剥落、锈蚀及裂痕等现象。 机箱表面平整，所有标牌、标记、文字符号应清晰、正确、整齐。 各种开关便于操作，灵活可靠。 电磁兼容限值 传导干扰 在 150KHz~30MHz 频段内，系统电源线上的传导干扰电平应符合YD/T 983-1998 中 5.1 表 2 中规定的限制。 电磁辐射干扰 在 30MHz~1000MHz 频段内系统的电磁辐射干扰电压电平应符合 YD/T 983-1998 中 5.2 表 4 中规定的限值。 抗干扰性能要求 应符合YD/T 983-1998 中 7.3 表 9 中规定的判断准则。 第一讲 结构设计与热设计 电子电气行业中的热设计是指，采用适当可靠的方法控制电子设备内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过稳定运行要求的最高温度，以保证设备正常运行的安全性和长期运行的可靠性。 在 UPS 中，主要的热源来自于开关管（IGBT、三极管、二极管等）、磁性元件（变压器、电感等）等。由于开关管体积较小，其热密度较高，开关管的散热主要是采用传导的方式将 热量传递到散热器上，再通过对流的方式散发到空气中。磁性元件体积相对较大，其主要的 散热方式为对流散热。在 UPS 的热设计中除了主要考虑开关管、磁性元件外还需要考虑寿命受温度影响很大的电容。 结构设计与热设计的关系 开关元件与散热器的安装，安装开关元件与散热器的扭矩应合适，使两者之间有较小的接触热阻：安装扭矩太小不能使元件与散热器良好接触，形成较大的热阻；扭矩过大能导致管荷产生应力和构件产生塑性变形，接触面反而减小，甚至结构破坏。因而在设计安装时应对元件采用厂家或标准中给出的预紧力。在我们产品中开关元件与散热器安装主要有三种方式： 第二种方式：开关管焊接在铝基板，铝基板再通过螺纹固定在散热器上特点以及注意事项：① 无铅焊接时，零件表面与铝基板之间的气体在制作过程中无法溢出，在焊接时中间存在孔洞。 第二种方式：开关管焊接在铝基板，铝基板再通过螺纹固定在散热器上 特点以及注意事项： ① 无铅焊接时，零件表面与铝基板之间的气体在制作过程中无法溢出，在焊接时中间存在孔洞。 ② 当功率较大时，铜柱无法在铝基板上焊接，需要采用开关管管脚直接焊接在PCB 板，布局受到一定限制 ③ 多管并用时，有开关管的电气连接可以利用铝基板连接 第一种方式：弹片将开关元件压在散热器上。特点以及注意事项： ① 注意不同的弹片适合的不同的开关管 ② 弹片在压紧开关管时的压力为 60±5N ③ 弹片压紧开关管的地方应在开关管发热源 ④ 注意开关管压紧与焊接管脚的顺序 铝基板无铅焊接孔洞 第三种方式：开关管通过螺丝直接紧锁在散热器上 第三种方式：开关管通过螺丝直接紧锁在散热器上 特点以及注意事项： ① 结构简单、灵活，配合灵活的散热片能够实现其散热 ② 多用于发热量较小的开关管 ③ 紧固时应使用合适的扭矩 热设计对结构强度以及空间要求。在开关管散热设计时多采用铝型材作为其散热 器，这样将不可避免的增大固定设计的强度。而合理的利用散热器能够减轻整机的重量并缩小占用的空间。 在如作图所示的结构中：充分利用了散热器的多个 在如作图所示的结构中：充分利用了散热器的多个面对开关管散热，大大缩小了INVETER 模块占有的空间。同时由于散热片的重量，在散热片下部分的PCB 板上有 9 颗螺丝对整个模块进行固定。 热传递的方式主要有传导、对流、辐射三种方式。在结构设计时应为热设计提供散热的途径。 对于自然冷却型机器除了热传导和热对流外，热辐射散出去的热量也占有多于1%的量， 必要时可以通过涂漆增大辐射散热。结构上应提高机壳对外界的传热能力 功率板变压器热交换孔 功率板 变压器 对于风机强制冷却，99%以上的热都是通过热传导和对流散出去，结构设计应为其提供良好的风道。 图 a，没有设计风道 图 b，设计好风道 ●用了 13 个风扇吹风，为什