大功率IGBT散热装置的设计及优化研究

发布时间：2017-09-25 09:11

  本文关键词：大功率IGBT散热装置的设计及优化研究

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【摘要】：随着当代电子技术迅速发展,电子产品的功率在不断增加,体积在不断缩小,使其散热的热流密度不断增长,散热难度增加。电子器件中心温度控制对其工作的可靠性具有重要影响,因此电子产品对冷却技术的要求更加严苛。本文对包括电子设备的热设计及热仿真技术在国内外研究的发展,以及传热仿真技术应用所面对的问题进行了调研。在此基础上,本文针对爱科公司某大功率器件IGBT模块的散热器,在实测电子器件及散热器的实际外形尺寸及温度基础上,利用软件建立原有产品的计算机模型,设定边界条件,并将模拟结果与实测数据对比,以此来验证模拟计算的模型以及边界条件的合理与准确。论文在产品模型的实测基础上,通过模拟实验改变散热器肋片的高度、厚度以及个数,通过对模拟结果的研究分析,得到不同模拟工况下机箱内部的温度场和速度场,以及散热器各种结构因素对于散热热阻的影响。得出了散热器肋片的最佳几何尺寸,并借助热测试验证优化结果。论文在所建立模型的基础上,通过改变风机风量,研究风量对肋片散热器散热的影响。根据机箱内部空气的温度及速度分布状况,以探求风机的最优风量,从而得出机箱散热的最佳设计方案。论文采取解析法、软件参数化分析以及析因方差分析三种不同优化方式,对优化影响因素及结果进行对比,分析各种方法的优劣以及各自的适用性,从侧面论证了研究取得的最佳的散热器结构参数和运行参数的可靠性。
【关键词】：Icepak IGBT 散热设计 散热器 热阻
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 电子设备散热设计的现状9-11
• 1.2.1 国内研究现状9-10
• 1.2.2 国外研究现状10-11
• 1.3 电子设备热设计11-12
• 1.3.1 散热方式的选择11-12
• 1.3.2 国家规范对热设计的规范要求12
• 1.4 热设计软件12-13
• 1.5 本课题的主要内容和研究方法13-15
• 1.5.1 主要内容13
• 1.5.2 研究方法13-15
• 2 翅片散热器的传热分析15-23
• 2.1 热分析基础理论15-18
• 2.1.1 热传导15-16
• 2.1.2 热对流16-17
• 2.1.3 热辐射17-18
• 2.2 增强散热的方式18
• 2.3 单值性条件18-20
• 2.4 控制方程20-21
• 2.5 传热分析21-23
• 2.5.1 散热器传热分析21
• 2.5.2 导热硅脂21-23
• 3 散热器整机模拟及实验研究23-34
• 3.1 热仿真软件23
• 3.2 翅片散热器强迫对流传热的数值模拟23-28
• 3.2.1 物理模型24-25
• 3.2.2 网格划分及边界条件设置25-26
• 3.2.3 数值模拟结果26-28
• 3.3 散热器实验研究及实验台设计28-32
• 3.3.1 电子器件散热器实验台设计28-29
• 3.3.2 实验装置及系统29-32
• 3.4 数值模拟方法的可靠性验证32-33
• 3.4.1 整机实测实验数据32-33
• 3.4.2 测试结果与模拟结果比较33
• 3.4.3 研究意义33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 翅片散热器ICEPAK模拟分析34-59
• 4.1 影响散热器散热性能因素分析34-37
• 4.1.1 方差分析34-37
• 4.1.2 优化对象37
• 4.2 肋片高对散热的影响37-42
• 4.3 肋片厚度对散热的影响42-49
• 4.4 风机风量对散热的影响49-54
• 4.5 实验方法及结果分析54-57
• 4.5.1 实验方法54-55
• 4.5.2 实验结果55-56
• 4.5.3 误差分析56-57
• 4.6 本章小结57-59
• 5 各优化方法对比分析59-69
• 5.1 概述59
• 5.2 利用解析法进行散热器优化59-65
• 5.2.1 扩散热阻59-60
• 5.2.2 导热热阻60
• 5.2.3 对流换热热阻60-62
• 5.2.4 解析法散热器优化设计62
• 5.2.5 MATLAB软件介绍62
• 5.2.6 遗传算法工具箱简介62-65
• 5.3 ICEPAK软件的优化65-66
• 5.4 散热器析因分析66-68
• 5.5 各种方法的对比总结68-69
• 6 总结与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-75

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本文编号：916565