封闭式机箱的散热分析

f
R=2.96
R=23.15
R=0.22
R=0.11
R=
R=0.23
a
b
c
d
1e
Qa
Qb
Qc
Qd
chassis
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。
章
解
析
芯片1145的
散热分析
计
解析 计算
芯片8245的 散热分析
算
箱体内部空 气的散热分
析
箱体侧面 的散热分析
芯 片
110 的 散 热 分 析
drb1-4 drb1-5
drb1-3
板N
drb1-2 drb1-1
a
板M 导热板110的结构尺寸图
air
air
air
芯片110
drm1 drb1-1 drb1-234 drb1-5 drm2
机箱底部结构尺寸和结点位置
机箱底部模拟热阻图
利用热平衡法，列出各个节点的离散方程
节点1：
Q2 1 Q5 - 1 Q6 - 1 Qair - 1 Q1 0
节点2：
Q1 2 Q3 2 Q5 2 Qair - 2 0
节点3：
Q2 3 Q4 3 Q5 3 Qair 3 Q3 0
箱 体
序 号
名称
热量 （W）
箱体内部空 气的吸热量来源
内
1 主板 8
于芯片110，芯 片8245，芯片
部
2 控制板 1
1145，主板，控
空 气 的 散
电源模
3块
1
4 芯片110 7.18
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
热 分 析
5
芯片 1145
3
芯片 6 8245 0.47
和热流量即可得 出内部空气相对 外部环境的温升。
芯 片
1145 的 散 热 分 析
tf t0
散热片
肋基 导热膜 芯片1145
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
Q
Ph m
0th(mH
)
肋基温度为
t0 t f 0
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。
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
drb2-2 drb2-1
g
f
e
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
Qair1=0.43w
Qair2=0.04w
R=17.31
R=62.89
Q对流=0.47w R=0.22
序 号
名称
功 耗
所在位置
数据来 源
块。控制板通过板间连接
器扣在主板的上方。
1 主板模块
22
模块功耗
控制板模
设备的整机设计功耗 2
为50W，实测功耗为35W，
块
4
其中各个器件的设计功耗 3 电源模块 10
实测值 实测值 计算值
如表所列：
主板中 4 芯片110 11 心,Top 设计值
110导热板
主板5
算算110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tqr可以得到各个热阻引起的温升110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tqr可以得到各个热阻引起的温升段的温升累加起来从而得到芯片核心到箱体的温降
封闭式机箱的散热分析
❖ 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。
第 四 章
flotherm 软 件 模 拟
传感器温度曲线
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。
电源的 散热分析
第
芯片110的
三
散热分析
箱体底部 的散热分析
箱体侧面温度场分布图
箱体底部温度场分布图
纵
深
第
方 向
四
温 度
场
章
分 布
图
flotherm
软
件
横
截
模
方 向
拟
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
位置
8245导 电源模 热板 块
110导 热板
空气
壳盖
实际测 量
65℃
65℃
背景及意义
第一章 电子设备热技术的研究动态 绪论 ➢ 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
背景及意义
第一章 绪论
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。
设备的大小为423mm（W） ×88mm（H）×370mm（L）；
物
设备为密封式设备，密封程度防
理
雨淋；
模
机壳用铝合金（2A12）焊接而
成，壳体和壳盖选择在整机的上
型
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
电源
内部组成
设备由三个模块组成， 即主板、控制板、电源模
节点4：
Q3 4 Q5 4 Qair 4 0
节点5：
Q1 5 Q2 5 Q3 5 Q4 5 Q6 5 Qair 5 0
节点6：
Q5 6 Q1 6 Qair 6 0
箱 体 侧 面 的 散 热 分 析
1
对流换热热阻 平面导热热阻
机箱侧板结构尺寸和结点位置
Q=3w
R=0.17
R=1.79
R=0.49
R=0.63
a Qa=3w
b Qb=2.57w
c Qc=2.53w
chassis
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 。
电源直接贴在机壳底板上，通过机壳
a
b
c
d
芯片110的模拟热阻图
芯 片
110 的 散 热 分 析
drb1-4 drb1-5
drb1-3 drb1-2 drb1-1
a
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
Q对流
Qair3 Qair2 Qair1
R=11.34
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
封闭式机箱的热 设计
第 二 章
物 理 模 型 电源
主板
110导热板
芯片8245
8245导热板 控制板 芯片110
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
第一章 的高度重视。对这方面的研究项目
绪论
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。
电子设备热技术的研究动态
➢国内外类似研究的发展现状
第一章 ➢存在的主要问题及发展趋势 绪论
底板散热。因此电源8W的能量全部传
电
递给机箱底板，通过对流散失到周围
源
环境中去。电源与底壳之间存在接触 热阻，接触热阻为：
的 散
Rtouc h
1 hA
热
电源接触热阻产生的温升为 ：
分 析
tsource Q R source touch
箱 体 底 部 的 散 热 分 析
3
1
对流换热热阻 平面导热热阻
机箱侧板模拟热阻图
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：
Q2 1 Q3 1 Q4 1 Q5 1 Qair 1 Q1 0
Q1 2 Q3 2 Q5 2 Qair 2 0
Q1 3 Q2 3 Q4 3 Qair 3 0 Q1 4 Q3 4 Q5 4 Qair 4 0 Q1 5 Q2 5 Q4 5 Qair 5 0
芯片1145
3
主板右下角，设计值 Top
6 芯片8245
芯片8245
7 8245导热板 电源
控制板
控制板中心，
3
设计值 Top
8
电源中 心， 经验值 Bottom
芯片110
散热方案
电源
主板
芯片8245
8245导热板 控制板
芯片110
对于110导1热1板0芯片，用110导热板将芯片的热量传导至机壳 底板上；
70℃
62℃
66℃
软件模 拟
66.9℃
63.5℃
73.9℃
68.7℃
62.5℃
误差 2.9% 2.3% 5.6% 10.8% 5.3%
由表4.3的结果分析可以看到不论是解析求 解还是软件模拟的结果和实际测量的结果 都基本吻合。误差范围基本都在10%以内。
存在的主要问题及发展趋势
第一章 绪论
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 三 章 计 算 结 果 分 析
位置
实际测 量
8245导 热板
65℃
电源模 块
65℃
110导热 板
70℃
空气 62℃
壳盖 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%
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：