电源系统可靠性热设计与热分析实验报告_

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1、电源系统可靠性热设计与热分析实验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2011/10/2119电源系统可靠性热设计与热分析实验目录1.实验目的12.实验仪器13.实验原理13.1.电源系统组成及工作原理13.1.1.电源系统设计要求13.1.2.电源系统组成及工作原理13.2.功率器件的降额设计13.3.电源系统的热设计13.4.功率器件散热器的优化设计13.4.1.散热器的特性13.4.2.散热器优化设计13.4.3.散热器的优化实施13.5.Qfin软件简介14.实验内容与测试数据14.1.实验内容14.2.器件参

2、数14.3.实验步骤14.3.1.电路热测量及计算14.3.2.Qfin软件优化散热器15.实验结果分析与总结16.实验心得体会119电源系统可靠性热设计与热分析实验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

3、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。2.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

4、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13.实验原理3.1.电源系统组成及工作原理3.1.1.电源系统设计要求输入电压：220V电源输出：2~20V1A-2~20V1A+5V1.5A19电源系统可靠性热设计与热分析实验电源内阻：<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℃。1.1.1.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。u变压器：按照设计要求变压器的输出端共五个

5、抽头，三条输出是双17V，另两条输出为10V输出。u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。u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。19电源系统可靠性热设计与热分析实验表3.12#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T13AT23A电压调整器U1(LM317)结温:0℃~120℃U2(LM337)U3(LM7805)结温:0℃~125℃电阻器

6、R011kΩR021kΩR13.3kΩ可变电阻器R23.3kΩR3100ΩR4240ΩR520Ω,20W大功率电阻器R620Ω,20WR710Ω,15WR820Ω,20WR920Ω,20WR1010Ω,15W电容器C12200μF电解电容器C22200μFC510μFC610μFC9220μFC10220μFC113300μFC13220μFC30.1μFC40.1μFC50.1μFC80.1μFC120.1μFC140.1μF开关K10.4VAK20.4VAK30.4VA1.1.功率器件的降额设计19电源系统可靠性热设计与热分析实验降额设

7、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，因此降额设计在军用电子产品可靠性设计中最常用的方法。各类电子元器件，都有其最佳的降额范围。此时，工作应力的变化对其失效率有明显的影响，设计上也容易实现，并且在设备体积、重量和成本方面不会付出太大的代价。在电子元器件的最佳降额范围内，一般可分成三个降额等级：Ⅰ级降额：Ⅰ级降额是最大的降额

8、，适用于设备故障将会危及安全，导致任务失败和造成严重经济损失的情况；Ⅱ级降额：工作应力减小对元器件可靠性增长有明显效益，适用于设备故障会使工作任务降级，或需支付不合理的维修费用。