X射线发生器高压电源倍压整流模块绝缘导热性能的分析及优化研究
发布时间：2020-12-05 09:13
X射线在工业无损探测、科研实验、医学诊断等领域应用广泛,X射线高压电源作为X射线发生器的核心部件,直接决定了 X射线成像的质量及安全性。高频、高压、小型化是X射线高压电源近几年的发展方向,其对应的高压输出模块绝缘与散热特性成为影响X射线高压电源可靠性的重要因素,本论文来源于“国家重点研发计划项目重大科学仪器设备开发专项——X射线高压电源”,针对倍压整流模块在X射线高压电源高压、小体积应用需求所面临的高耐压绝缘和导热难以兼顾的问题,对比研究了固态封装材料成分与倍压整流模块绝缘导热特性的关系,进行了材料配比研究、Icepak热仿真优化、模块测试等工作,实现了倍压整流模块的高效散热,提高了电源可靠性,具体所做工作如下:本文采用Saber软件对课题选用的双向对称式C-W全波倍压整流电路进行了仿真分析,获得了电容与二极管上的电压、电流等参数,并计算得到了器件功耗。确定了以加成型液体硅橡胶为基体,以氮化铝与氮化硼为填料,实验制备了导热绝缘复合材料并对其导热性能和电绝缘性能进行了测试和分析。为减少实验成本并提高效率,采用正交法分析制备复合材料的最优工艺,结果表明当搅拌时间150min、固化时间210...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倍压整流电路模型
西安理工大学硕士学位论文36在加载功率20min至30min时，温度变化已经非常小，因此认为在30min时该模块已达到稳态温度。4.2.5误差分析表4-3仿真温度与实验测量温度对照Tab.4-3ComparisonofSimulationTemperatureandExperimentalMeasurementTemperature测量点仿真值（℃）实测值（℃）误差（（仿真值-实测值）/实测值）169.364.96.78%269.365.85.32%369.365.45.96%469.365.16.45%599.995.34.83%图4-10仿真温度与实验测量温度对照Fig.4-10ComparisonofSimulationTemperatureandExperimentalMeasurementTemperature如表4-3与图4-10所示，通过仿真值与实测温度值的比较，可以发现总体误差在10%以下，所获得的稳态温度场分布基本相同，已经取得了预期的效果，可以认为仿真的结果是可信的。两者间的误差主要由以下几个方面引起：（1）实验设备的测量误差。（2）实验环境的温度湿度等条件影响实验结果。（3）损耗计算误差：器件损耗采用公式计算得到，与实际功耗存在一定误差。（4）简化误差：为了实现在现有条件下的计算机仿真，本文对模型做了一系列简化。（5）软件计算误差：在进行计算机仿真过程中，网格划分、边界条件等参数的设置都会对仿真计算结果产生一定影响。4.3倍压整流模块热设计电源工作时，倍压整流模块内部的热源器件由于功率的损耗产生热量，热量的散发有
西安理工大学硕士学位论文46为了进一步提高模块散热效率，设计了一种灌封结构：将整体灌封优化为层状灌封的方式，也就是保证整体体积不变的前提下，先用硅橡胶复合材料灌封后，再加一层高导热且绝缘的氮化铝涂层，最后再灌封一层硅橡胶复合材料，由于氮化铝的导热系数非常高，这种方法可以有效提高散热效果，实现整体灌封介质导热率的提高。整体灌封方式与层状灌封方式分别如图4-31与图4-32所示。导热绝缘复合材料pcb板15mm图4-31整体灌封方式Fig.4-31IntegralFillingandSealingMethod2mm3mm5mm图4-32层状灌封方式Fig.4-32LamellarFillingandSealingMethod优化后的倍压整流模块上表面、下表面和pcb板表面热场仿真温度分布云图如图4-33所示，可以看出，模块的最高温度为55.9℃。图4-33灌封结构优化后热场仿真云图Fig.4-33ThermalFieldSimulationCloudImageafterOptimizationofFillingandSealingStructure倍压整流模块上表面、下表面和pcb板表面温度变化三维曲面图与等温线如图4-34所示。可以看出，模块表面温度的变化情况为中间温度稍高，四周温度逐渐降低，pcb板表面温度与器件有关，二极管所在位置的温度基本高于电容所在位置的温度。模块表面温
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于便携式X射线荧光光谱法的土壤重金属快速检测[J]. 杨桂兰,倪晓芳,张长波. 浙江农业学报. 2019(11)
[2]开关电源的工作原理及技术趋势[J]. 谢启少. 电子技术与软件工程. 2019(12)
[3]某高热密度密闭机箱散热设计[J]. 刘上,曹宁生,马辰,段晓峰. 舰船电子工程. 2019(06)
[4]开关电源热设计浅析[J]. 肖铁. 信息记录材料. 2019(06)
[5]高频开关电源的技术现状与发展趋势[J]. 方赦. 通信电源技术. 2019(05)
[6]X射线荧光光谱分析测定环境空气中无机元素[J]. 高捷,盛成,申如香,钱荣,王群,卓尚军. 分析试验室. 2018(07)
[7]锂离子动力电池模块设计及散热特性[J]. 姜贵文,黄菊花,刘明春,曹铭. 电源技术. 2018(06)
[8]c-BN对绝缘高导热硅橡胶性能的影响[J]. 陈杰,张欢. 广州化学. 2018(03)
[9]氮化硼表面改性及其对氮化硼/硅橡胶复合材料热性能的影响[J]. 马腾飞,王宽,杨洋,王硕,卢咏来. 橡胶工业. 2018(02)
[10]铝合金薄板电子束穿透焊熔池的数值模拟[J]. 房玉超,杨子酉,丁睿,何景山. 哈尔滨工业大学学报. 2017(11)
硕士论文
[1]基于CFD的地铁站台及车厢热舒适性研究[D]. 宣守旺.南京理工大学 2017
[2]X射线管高压电源设计及稳压控制方法研究[D]. 贾国强.东北大学 2013
[3]电子灌封胶的制备及性能研究[D]. 张浩.合肥工业大学 2012
[4]氮化铝填充电子灌封胶[D]. 范华乐.合肥工业大学 2012
[5]基于粒子群算法的PCB板上电子元件的热布局优化[D]. 冯小平.西安电子科技大学 2010
本文编号：2899219
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倍压整流电路模型
西安理工大学硕士学位论文36在加载功率20min至30min时，温度变化已经非常小，因此认为在30min时该模块已达到稳态温度。4.2.5误差分析表4-3仿真温度与实验测量温度对照Tab.4-3ComparisonofSimulationTemperatureandExperimentalMeasurementTemperature测量点仿真值（℃）实测值（℃）误差（（仿真值-实测值）/实测值）169.364.96.78%269.365.85.32%369.365.45.96%469.365.16.45%599.995.34.83%图4-10仿真温度与实验测量温度对照Fig.4-10ComparisonofSimulationTemperatureandExperimentalMeasurementTemperature如表4-3与图4-10所示，通过仿真值与实测温度值的比较，可以发现总体误差在10%以下，所获得的稳态温度场分布基本相同，已经取得了预期的效果，可以认为仿真的结果是可信的。两者间的误差主要由以下几个方面引起：（1）实验设备的测量误差。（2）实验环境的温度湿度等条件影响实验结果。（3）损耗计算误差：器件损耗采用公式计算得到，与实际功耗存在一定误差。（4）简化误差：为了实现在现有条件下的计算机仿真，本文对模型做了一系列简化。（5）软件计算误差：在进行计算机仿真过程中，网格划分、边界条件等参数的设置都会对仿真计算结果产生一定影响。4.3倍压整流模块热设计电源工作时，倍压整流模块内部的热源器件由于功率的损耗产生热量，热量的散发有
西安理工大学硕士学位论文46为了进一步提高模块散热效率，设计了一种灌封结构：将整体灌封优化为层状灌封的方式，也就是保证整体体积不变的前提下，先用硅橡胶复合材料灌封后，再加一层高导热且绝缘的氮化铝涂层，最后再灌封一层硅橡胶复合材料，由于氮化铝的导热系数非常高，这种方法可以有效提高散热效果，实现整体灌封介质导热率的提高。整体灌封方式与层状灌封方式分别如图4-31与图4-32所示。导热绝缘复合材料pcb板15mm图4-31整体灌封方式Fig.4-31IntegralFillingandSealingMethod2mm3mm5mm图4-32层状灌封方式Fig.4-32LamellarFillingandSealingMethod优化后的倍压整流模块上表面、下表面和pcb板表面热场仿真温度分布云图如图4-33所示，可以看出，模块的最高温度为55.9℃。图4-33灌封结构优化后热场仿真云图Fig.4-33ThermalFieldSimulationCloudImageafterOptimizationofFillingandSealingStructure倍压整流模块上表面、下表面和pcb板表面温度变化三维曲面图与等温线如图4-34所示。可以看出，模块表面温度的变化情况为中间温度稍高，四周温度逐渐降低，pcb板表面温度与器件有关，二极管所在位置的温度基本高于电容所在位置的温度。模块表面温
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于便携式X射线荧光光谱法的土壤重金属快速检测[J]. 杨桂兰,倪晓芳,张长波. 浙江农业学报. 2019(11)
[2]开关电源的工作原理及技术趋势[J]. 谢启少. 电子技术与软件工程. 2019(12)
[3]某高热密度密闭机箱散热设计[J]. 刘上,曹宁生,马辰,段晓峰. 舰船电子工程. 2019(06)
[4]开关电源热设计浅析[J]. 肖铁. 信息记录材料. 2019(06)
[5]高频开关电源的技术现状与发展趋势[J]. 方赦. 通信电源技术. 2019(05)
[6]X射线荧光光谱分析测定环境空气中无机元素[J]. 高捷,盛成,申如香,钱荣,王群,卓尚军. 分析试验室. 2018(07)
[7]锂离子动力电池模块设计及散热特性[J]. 姜贵文,黄菊花,刘明春,曹铭. 电源技术. 2018(06)
[8]c-BN对绝缘高导热硅橡胶性能的影响[J]. 陈杰,张欢. 广州化学. 2018(03)
[9]氮化硼表面改性及其对氮化硼/硅橡胶复合材料热性能的影响[J]. 马腾飞,王宽,杨洋,王硕,卢咏来. 橡胶工业. 2018(02)
[10]铝合金薄板电子束穿透焊熔池的数值模拟[J]. 房玉超,杨子酉,丁睿,何景山. 哈尔滨工业大学学报. 2017(11)
硕士论文
[1]基于CFD的地铁站台及车厢热舒适性研究[D]. 宣守旺.南京理工大学 2017
[2]X射线管高压电源设计及稳压控制方法研究[D]. 贾国强.东北大学 2013
[3]电子灌封胶的制备及性能研究[D]. 张浩.合肥工业大学 2012
[4]氮化铝填充电子灌封胶[D]. 范华乐.合肥工业大学 2012
[5]基于粒子群算法的PCB板上电子元件的热布局优化[D]. 冯小平.西安电子科技大学 2010
本文编号：2899219
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