電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文第1篇
【關(guān)鍵詞】電子設(shè)備；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
1 模塊化設(shè)計(jì)基本原理
所謂模塊，就是可組合成系統(tǒng)的、具有某種特定功能和接口結(jié)構(gòu)的、典型的通用獨(dú)立單元。這個(gè)定義揭示了模塊的如下特征：
（1）具有確定功能的單元
模塊雖是系統(tǒng)的組成部分，但它不是簡單對系統(tǒng)分割的產(chǎn)物，它具有明確的特定功能，這一功能不依附于其它功能而能相對獨(dú)立的存在，并不接受其它功能的干擾。沒有確定功能的單元不能算為模塊。由于模塊具有獨(dú)立的特定功能，因而它可以作為一個(gè)單獨(dú)的設(shè)計(jì)單元而分頭進(jìn)行設(shè)計(jì)?？梢詥为?dú)制造，甚至預(yù)制，儲(chǔ)備，以供急需及維修之用。當(dāng)由專業(yè)廠生產(chǎn)制造時(shí)，則成為單獨(dú)的商品。對模塊的功能及性能可以單獨(dú)的進(jìn)行檢驗(yàn)、調(diào)試、測試和試驗(yàn)。
（2）是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單元
模塊結(jié)構(gòu)具有典型性、通用性，并且往往可構(gòu)成系列。這正是模塊與一般部件的區(qū)別，或者說模塊具有標(biāo)準(zhǔn)化的屬性。模塊是通過對同類產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)的分析而分解出來的，是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化中簡化和統(tǒng)一化方法而得出的具有典型性的部件，這一典型性正是模塊具有廣泛通用性的基礎(chǔ)。模塊的通用性是通過其接口的標(biāo)準(zhǔn)化或通用化實(shí)現(xiàn)的。模塊還常常按照系列化原理使其功能和結(jié)構(gòu)形成系列，以滿足不同規(guī)格、不同產(chǎn)品的需要。
（3）具有能構(gòu)成系統(tǒng)的接口
模塊應(yīng)具有能傳遞功能以及組成系統(tǒng)的接口（輸入、輸出）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)是一個(gè)有序的整體，組合成系統(tǒng)的模塊既有相對獨(dú)立的功能，又互有聯(lián)系。模塊通過接口進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)、輻射狀或網(wǎng)狀連接而構(gòu)成具有一定功能的系統(tǒng)。
2 電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
系統(tǒng)應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)思想實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的模型建立。首先對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行模塊劃分，得到其模塊劃分方案。然后分析每一個(gè)模塊，得到其零件組成，最后以模塊為單位，逐模塊逐零件的組合，完成電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)建模工作。以機(jī)載電臺(tái)為例，經(jīng)過模塊劃分，得到其劃分方案：電臺(tái)=底座模塊十本振模塊+前面板模塊。分析各個(gè)模塊的零件裝配情況得到電臺(tái)的所有零件裝配信息。之后按模塊從零件庫中逐一提取這些零件進(jìn)行裝配，完成設(shè)備的整機(jī)模型生成。最后將描述整機(jī)模型的所有幾何及物性參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，供各分析調(diào)用。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則
根據(jù)現(xiàn)代CAD技術(shù)的發(fā)展情況以及所需解決具體問題的發(fā)展趨勢，提出在現(xiàn)CAD基礎(chǔ)上針對特定產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)。CAD部分進(jìn)行三維實(shí)體造型，為之的各種分析提供幾何模型信息。課題的開發(fā)遵循以下幾個(gè)原則：（l）采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?；?）采用三維參數(shù)化特征造型；（3）采用數(shù)據(jù)庫集成統(tǒng)一技術(shù)；（4）采用成本最省的設(shè)計(jì)方法。
為了節(jié)省開支，加速軟件的開發(fā)過程，在軟件設(shè)計(jì)過程中，除必須設(shè)計(jì)的程序之外，其它主要采用現(xiàn)有的軟件解決問題。這樣主要工作集中在建立系統(tǒng)及設(shè)計(jì)與各軟件之間的接口上。
2.3 系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)總體分為兩個(gè)模塊：基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊和快速模塊化建模模塊，
2.3.1 基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息維護(hù)模塊完成系統(tǒng)公用信息的輸、顯示、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換，該部分的模塊劃分及其關(guān)系如下。
（1）信息庫維護(hù)模塊
電子設(shè)備信息庫存儲(chǔ)的信息包括電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的三維模型、振動(dòng)分析模型、熱分析模型、電磁兼容分析模型、優(yōu)化分析信息以及系統(tǒng)信息庫和零件庫等。其中：三維模型庫存放電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的邏輯描述信息，包括設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)約束、概念模型、結(jié)構(gòu)參數(shù)、零部件選型、零部件尺寸與約束等描述電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的信息；振動(dòng)分析模型庫存放載荷、約束等信息；熱分析模型庫以及電磁兼容模型庫存放熱分析和電磁兼容分析時(shí)需要的結(jié)構(gòu)所有熱及電磁兼容信息。優(yōu)化分析模型庫存放優(yōu)化目標(biāo)、設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)約束、變量歸并等信息。系統(tǒng)信息庫模塊負(fù)責(zé)電子設(shè)備結(jié)構(gòu)信息庫數(shù)據(jù)的讀取、查詢和存儲(chǔ)。該模塊為系統(tǒng)其它的設(shè)計(jì)模塊提供方便、透明的數(shù)據(jù)操作方法。零件庫維護(hù)模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有零件的基本幾何及物性參數(shù)維護(hù)工作。
（2）接口模塊
本系統(tǒng)以現(xiàn)有的商品化CAD軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)中包括UG等多種異構(gòu)的商品化軟件，因此軟件之間的集成工作就非常重要。接口模塊完成本系統(tǒng)與基礎(chǔ)平臺(tái)之間的無縫集成，其內(nèi)容包括界面集成和信息集成。我們采用了類似OLE的開發(fā)方案，即以C + +Builder開發(fā)的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的界面作為主界面，將UG等商品化軟件作為系統(tǒng)的某個(gè)功能模塊，以類似OEL的方式嵌入到電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主界面。數(shù)據(jù)操作時(shí)，從C++Builder主界面發(fā)送信息到應(yīng)用軟件，完成操作。
2.3.2 快速模塊化建模模塊
（1）工程維護(hù)
主要負(fù)責(zé)完成工程信息的維護(hù)工作，包括：工程號(hào)、版本號(hào)以及工程名稱的新建、修改和刪除操作。
（2）節(jié)點(diǎn)信息維護(hù)
維護(hù)工程中所用到的所有零件節(jié)點(diǎn)信息。類別維護(hù)：存儲(chǔ)了零件的類別信息。對于不同的零件，之后的振動(dòng)等分析將進(jìn)行不同的處理；裝配關(guān)系維護(hù)：存儲(chǔ)零件在當(dāng)前工程中的零件號(hào)及其父零件號(hào)，根據(jù)這些信息可以唯一確定一個(gè)零件在當(dāng)前工程中的裝配情況；節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)讀寫：完成節(jié)點(diǎn)信息從數(shù)據(jù)庫的讀取及寫入工作。
3 結(jié)論
本文把模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)引入到電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建立了計(jì)算機(jī)輔助模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，力圖解決現(xiàn)階段電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法落后、設(shè)計(jì)效率低下等問題。在模塊化設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下，以通用CAD軟件UG為平臺(tái)，解決了UG內(nèi)外部環(huán)境聯(lián)合開發(fā)、異構(gòu)系統(tǒng)集成以及SQLSevrer數(shù)據(jù)庫操作三項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)，完成了電子設(shè)備結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
[1]童時(shí)中.模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用.第l版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003年
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文第2篇
【關(guān)鍵詞】電磁干擾；電子通信設(shè)備；機(jī)箱機(jī)柜；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
前言：
近年來，在通信技術(shù)不斷發(fā)展的環(huán)境背景下，通信技術(shù)的產(chǎn)品種類也在不斷的增多，其在發(fā)展的過程中，也面臨著很大的競爭壓力和更高的設(shè)計(jì)要求。針對于電子通訊設(shè)備的設(shè)計(jì)，我們不僅要保證其外形的美觀，更要保證其在應(yīng)用過程中的信號(hào)穩(wěn)定性，以及較強(qiáng)的抗干擾能力。為此，相關(guān)的人員必須對電磁干擾與電子通信設(shè)備機(jī)箱機(jī)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)真的研究和分析。
1.電子通信設(shè)備機(jī)箱機(jī)柜的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
眾所周知，美國是最早開發(fā)電子控制裝置機(jī)箱機(jī)柜的國家，其逐步發(fā)展和完善，并日趨成熟。隨著電子行業(yè)的日益發(fā)展，中國的電子控制裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也面臨著急需更新的局面。骨架主體是機(jī)柜構(gòu)成的重要組成部分，骨架也是其主要的荷載受力者。其整個(gè)強(qiáng)度和整個(gè)裝置的剛度直接影響設(shè)備的長期使用效果，其對設(shè)備使用的安全性和耐久性具有重要的意義和作用。通常情況下，機(jī)柜的骨架基本上在靜態(tài)的使用過程中不會(huì)出現(xiàn)問題，但是如果在起重、運(yùn)輸以及突然的外部沖擊的過程中，其剛性就會(huì)大大的降低，進(jìn)而產(chǎn)生不穩(wěn)定和變形的效果，這樣就會(huì)對元器件造成了很大的損壞，在一定程度上，阻礙了電路的正常工作[1]。
2.機(jī)箱機(jī)柜的電磁干擾相關(guān)設(shè)計(jì)研究
首先，我們在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對屏蔽體材料厚度的有效控制，我們?yōu)榱擞行У谋ＷC其屏蔽的效果，我們就需要對屏蔽體材料的厚度進(jìn)行有效研究，并且通過合理的公式來對其進(jìn)行科學(xué)的估算。通常情況下，我們將材料的厚度取值確定為鍍鋅鐵板相對導(dǎo)電率和鍍鋅鐵板相對導(dǎo)磁率的乘積。屏蔽材料的導(dǎo)磁率和導(dǎo)電率的成績越大，其干擾頻率也就及越強(qiáng)，其屏蔽的效果也就更好。通過材料的合理設(shè)計(jì)，我們就能夠更好的確定金屬屏蔽的厚度，進(jìn)而加強(qiáng)對電子設(shè)備的有效保護(hù)[2]。
其次，我們要能夠?qū)V波進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，我們要能夠?qū)﹄娫淳€的引出和引入信號(hào)線的傳導(dǎo)干擾進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。信號(hào)線和電源線是一個(gè)重要的載體類的干擾，其很容易通過兩個(gè)通道進(jìn)入機(jī)箱的內(nèi)部。因此，電源線的干擾應(yīng)該能夠根據(jù)頻率范圍的大小，按照相應(yīng)的規(guī)格和要求，有效實(shí)現(xiàn)對電路的保護(hù)。而且，電子設(shè)備的機(jī)箱接地是非常重要的，機(jī)箱本身是個(gè)掉電的物體，如果其干擾了發(fā)射體和接受體，就會(huì)直接嚴(yán)重的影響電子設(shè)備的運(yùn)行。
最后，我們還應(yīng)該對電磁兼容性的設(shè)計(jì)給予完善，電子通信產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作組成部分包含很多，影響其性能的因素也有很多。一方面，電路模塊本身具有較強(qiáng)的抗干擾能力，抗電磁干擾屏蔽能力強(qiáng)。另一方面，電磁泄露的部分主要是在房屋的連接結(jié)構(gòu)處進(jìn)行集中。
我們要想處理好相應(yīng)的設(shè)備，使其能夠具有良好的電磁兼容性，那么我們就應(yīng)該加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的有效和合理的控制[3]。
3.加強(qiáng)對電子通信產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的散熱設(shè)計(jì)
我們在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該選擇具有較大的熱導(dǎo)率材料，有效的增大其傳熱的面積，這樣就能夠更好的縮短熱導(dǎo)傳出的路徑。其次，我們要能夠根據(jù)的實(shí)際的情況，設(shè)計(jì)具有一個(gè)特殊的通道，實(shí)現(xiàn)有效的通風(fēng)。我們主要采用的方法就是在機(jī)箱的相對面或者溫差較大的面上開設(shè)熱控裝置，通過這樣的方式，有效的增加風(fēng)扇的強(qiáng)制散熱能力。最后，我們可以采用一些鋁合金或者金屬材料，這樣能夠更好的提高熱輻射效率，使其具有更好的散熱效果。
4.機(jī)箱機(jī)柜的減震設(shè)計(jì)
我們在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)該對震源的強(qiáng)度進(jìn)行合理和有效的控制，為了有效的保證動(dòng)態(tài)平衡，我們可通過對降低整體設(shè)備的不平衡，提高其阻尼能力，對于天線的部分，我們應(yīng)該對相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)有效的減震目的。針對于一些會(huì)產(chǎn)生摩擦的零部件，我們應(yīng)該其進(jìn)行一些緩沖設(shè)計(jì)，采用精密的軸承，有效的減少摩擦，更好的降低震源的強(qiáng)度。并且在設(shè)計(jì)的過程中，我們還要能夠?qū)ο鄳?yīng)的性能指標(biāo)參數(shù)給予合理的優(yōu)化，這樣就能夠?qū)τ?jì)算的方法和數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的治療，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的設(shè)計(jì)效果[4]。
5.機(jī)箱機(jī)柜整體造型的設(shè)計(jì)
機(jī)柜的框架對于整體形狀是非常重要的，櫬耍我們也要對結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。當(dāng)對相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，也要能夠充分的意識(shí)到工作的重點(diǎn)，合理的處理前門操作和人際交互，這也是機(jī)柜設(shè)計(jì)的核心。門前結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，我們通過對統(tǒng)一的顏色特征和分割功能的顏色設(shè)計(jì)的使用，能夠更好的實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)造型的首要設(shè)計(jì)。
6.加強(qiáng)對機(jī)箱機(jī)柜的環(huán)境設(shè)計(jì)
我們在實(shí)際的環(huán)境設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境的設(shè)計(jì)，針對于室內(nèi)的環(huán)境，我們要保證電子設(shè)備能夠正常工作，任何電子設(shè)備應(yīng)該能夠有效的抵抗一些電磁波，這樣才能夠減少對其它電子設(shè)備的電磁干擾。與此同時(shí)，我們還應(yīng)該意識(shí)到電子設(shè)備在戶外，其面臨的環(huán)境更加惡劣，我們在對其進(jìn)行使用的過程中要考慮雨水、陽光照射等多種因素的影響，這樣均能夠有效的降低損壞，更好的抵御惡劣的環(huán)境。如果外部的環(huán)境的較為惡劣，我們要能夠?qū)ζ浣o予特殊的保護(hù)，根據(jù)不同的環(huán)境對電子設(shè)備進(jìn)行防塵處理，使其更好的適應(yīng)環(huán)境的變化，從而在一定程度上，提高相關(guān)設(shè)備的可靠性。
結(jié)語：
綜上所述電子通訊設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠有效的保證相關(guān)產(chǎn)品的可靠性和適用，為人們的生產(chǎn)和生活提供便利的條件，使其更好的符合社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。為此，相關(guān)的人員在研究和設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該對相關(guān)的問題環(huán)節(jié)給予合理的完善和優(yōu)化，更好的提高產(chǎn)品的電磁兼容性和散熱能力，協(xié)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)電子產(chǎn)業(yè)更快更好的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
[1]葉志紅. 電子設(shè)備電磁干擾分析的高效時(shí)域算法研究[D].西南交通大學(xué)，2016.
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文第3篇
【關(guān)鍵詞】溫度；電子設(shè)備；干擾影響；抑制方法
為了保證電子設(shè)備的使用功能和使用壽命，要盡量消除溫度對電子設(shè)備的干擾影響，結(jié)合溫度干擾因素，制定完善的溫度抑制解決方案，防止溫度過高造成電子設(shè)備的損壞，進(jìn)而為電子設(shè)備的安全高效運(yùn)行提供重要保障。在這樣的環(huán)境背景下，探究溫度對電子設(shè)備的干擾影響及抑制方法具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1溫度對電子設(shè)備的干擾影響
1.1發(fā)生設(shè)備故障
在電子設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，產(chǎn)生熱量會(huì)帶動(dòng)環(huán)境溫度的變化，形成溫度波動(dòng)，改變電子設(shè)備內(nèi)部電子元器件參數(shù)，造成熱擾動(dòng)。這種熱擾動(dòng)現(xiàn)象和溫度成正比，溫度越高，熱擾動(dòng)就會(huì)越劇烈。在這樣的環(huán)境下，電子設(shè)備中的電子元期間發(fā)生故障的幾率會(huì)大大增強(qiáng)，甚至?xí)斐呻娮釉骷挠谰眯允?，破壞電子元器件的運(yùn)行穩(wěn)定性，進(jìn)而縮短電子設(shè)備的使用壽命，對電子產(chǎn)品綜合使用性能形成極大的抑制。從另一個(gè)角度上看，當(dāng)電流流經(jīng)阻值導(dǎo)體后，會(huì)產(chǎn)生一定熱量，盡管熱量很小，但這種熱量會(huì)逐漸累積，進(jìn)而造成溫度過高而發(fā)生電子設(shè)備故障。
1.2產(chǎn)生熱噪聲
除了引發(fā)電子元器件的故障和失效之外，過高的溫度會(huì)促使電子器件產(chǎn)生熱噪聲，從電阻元件上看，電阻器在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生熱量而提高環(huán)境溫度，而過高的環(huán)境溫度會(huì)形成噪聲電壓，噪聲電壓是電阻器運(yùn)行中的必然產(chǎn)物，屬于固有噪聲源。這種熱噪聲是連續(xù)性不規(guī)則寬頻譜噪聲，會(huì)隨著溫度的升高而加劇。除了電阻元件之外，半導(dǎo)體二極管和三極管也會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，并隨著溫度的升高改變元件運(yùn)行參數(shù)，這種參數(shù)變化具有極大的危害性，破壞電路實(shí)際運(yùn)行，不利于工作效率的提升。
2抑制電子設(shè)備溫度升高的有效方式
2.1熱傳導(dǎo)
在電氣設(shè)備各個(gè)電器元件不發(fā)生相對位移的過程中，借助分子、原子和自由電子等微觀離子熱運(yùn)動(dòng)性而形成熱量傳遞，稱為熱傳導(dǎo)。一般而言，強(qiáng)化傳導(dǎo)散熱的的主要措施為：（1）選擇導(dǎo)熱系數(shù)較大的原材料進(jìn)行傳導(dǎo)零件制造：（2）增加和導(dǎo)熱零件的實(shí)際接觸面積；（3）減少熱傳導(dǎo)路徑，提高導(dǎo)熱效率。值得注意的是，在熱傳導(dǎo)路徑中杜絕絕熱元件或是隔熱元件的設(shè)置，防止影響導(dǎo)熱效果。特別是在線導(dǎo)熱過程中，單位時(shí)間內(nèi)面積固定面積熱量和該點(diǎn)溫度日度、垂直導(dǎo)向方向截面積存在成比例關(guān)系，即為傅立葉導(dǎo)熱定律，其向量表達(dá)為ф=-λA•аt/аx，其中，ф為熱流量；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；A為垂直于熱流方向截面積；аt/аx表示在X方向上溫度變化率。
2.2對流散熱
對流散熱主要是流動(dòng)氣體或是液體和固體壁面接觸中，由于二者存在溫度差而引起的熱能傳遞，在實(shí)際應(yīng)用中包括自然對流與強(qiáng)迫對流兩種形式。自然對流是指流體的冷熱兩部分存在密度差而形成的熱量對流傳遞，其熱量對流的劇烈程度主要由流體溫差、類型和所處空間位置決定。若流動(dòng)氣體或是液體由于泵、風(fēng)機(jī)等外力因素影響，在流體內(nèi)部形成壓力差，則為熱量強(qiáng)迫對流，其對流激烈程度主要由流體內(nèi)部壓力差、流體類型和流道結(jié)構(gòu)環(huán)境等因素決定。針對電子設(shè)備而言，這種流體一般為空氣，強(qiáng)化對流散熱措施為：（1）加大空氣冷熱溫差；（2）加大空氣和固體壁面的實(shí)際接觸面積；（3）加大環(huán)境介質(zhì)的流動(dòng)速度，其對流換熱公式為ф=hcA(tw-tf)，其中hc為對流換熱系數(shù)；A為對流換熱面積；tw為熱表面溫度；tf為冷卻流體溫度。
2.3輻射散熱
輻射換熱和對流換熱、熱傳導(dǎo)等散熱方式存在本質(zhì)上的區(qū)別，主要將熱量以光速透過真空，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移和傳遞。依據(jù)熱轄射研究理論，將波長為0.1μ-100μ線視為熱射線，其傳播過程極為熱輻射。強(qiáng)化輻射散熱具體措施為：一是在發(fā)熱體表面設(shè)置散熱涂層；二是提高熱射線和周圍間的溫度差；三是增加輻射體表面積，其中物體熱輻射能力計(jì)算公式為：ф=ßAσ0T4（tw-tf），其中，ß為物體表面黑度；A為輻射表面積；σ0為斯蒂芬-玻爾茲曼常，取值為5.67x10-8/m2•K4；T為物體表面熱力學(xué)溫度。
3電子設(shè)備熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1電子箱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
電子箱熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要將自然對流散熱方式和熱傳導(dǎo)有效的結(jié)合在一起，將元件板與電子箱均熱化，為了提高設(shè)備檢測要求和檢修標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員要將電子設(shè)備中的元件板更換為可替換插入式印版，結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)規(guī)劃插拔模塊，讓插入式印版可以對準(zhǔn)插座，進(jìn)而接電運(yùn)行。各個(gè)插拔模塊以楔形塊為主要鎖緊元件，降低插入式印版結(jié)構(gòu)熱阻，通過插拔模塊和印版間接觸壓力、面積進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，形成導(dǎo)熱通道，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電子設(shè)備溫度干擾的抑制。
3.2元器件熱安裝
由于印板組裝密度高，為了提高導(dǎo)熱效率，除了使用散熱型印板外，還要在電子設(shè)備元器件進(jìn)行熱安裝，將元器件設(shè)置在導(dǎo)熱條中，減少元器件到印板之間的熱阻。在大功率熱器件安裝中，安裝人員要在元器件表面涂抹導(dǎo)熱脂，降低界面熱阻，進(jìn)而提高元器件導(dǎo)熱效率。由于電子設(shè)備工作頻率和工作范圍的不穩(wěn)定，使得元器件引線與印板熱系數(shù)存在差距。在這種溫度循環(huán)下，工作人員要盡量消除熱應(yīng)力，將軸向引線柱形元件熱應(yīng)力控制在2.54mm以下，如圖1所示，提高預(yù)留應(yīng)變量，采取各種有效的導(dǎo)熱途徑減少熱阻，方便各個(gè)器件的熱耗通過最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設(shè)備散熱效果。
3.3元器件布局結(jié)構(gòu)
在進(jìn)行電子設(shè)備元器件熱結(jié)構(gòu)布局中，一般同一印板中的元器件要依據(jù)熱量大小和耐熱程度進(jìn)行排列，電解、電容等耐熱性較差的元器件要設(shè)置在冷卻氣流上游位置，即為進(jìn)風(fēng)口處；而電阻、變壓器等耐熱效果較好的元器件則要設(shè)置在冷卻氣流最下游，即為出風(fēng)口處。針對集成混合電路安裝環(huán)境而言，設(shè)計(jì)人員要將大規(guī)模集成電路設(shè)置在冷卻氣流上游處，而小規(guī)模集成電路則設(shè)置在冷卻氣流下游處，平衡印板元器件溫度，防止局部溫度過高的情況發(fā)生。一般在水平方向上，大功率器件要貼近印板邊緣位置，減少傳熱路徑，提高散熱效率；在垂直方向上，大功率器件要貼近印板上方位置，防止器件運(yùn)行中各個(gè)器件溫度干擾，遵循均熱化原理，進(jìn)而提高元器件布局的合理性，有效抑制溫度對電子設(shè)備的影響。
4結(jié)束語
本文通過研究溫度對電子設(shè)備的干擾影響及抑制方法，提出熱傳導(dǎo)、對流散熱、輻射散熱等溫度抑制方法，設(shè)計(jì)電子設(shè)備熱結(jié)構(gòu)，采取各種有效的途徑減少熱阻，方便各個(gè)器件的熱耗通過最小的熱阻傳遞到冷卻通道，提高電子設(shè)備散熱效果，為電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的保障。
參考文獻(xiàn)
[1]周景民.密閉電子設(shè)備散熱技術(shù)研究及元器件布局優(yōu)化模擬[D].吉林建筑大學(xué),2016.
[2]李力,郭仲歧,張登舟.溫度對電子設(shè)備可靠性的影響及熱控制的經(jīng)濟(jì)效益[J].航空計(jì)算技術(shù),2016(02):23-26.
電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文第4篇
【關(guān)鍵詞】艦船;電子設(shè)備;熱設(shè)計(jì)
1.引言
艦船電子設(shè)備內(nèi)部存在大量的元器件，電子設(shè)備在工作過程中這些元器件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，設(shè)備內(nèi)部的溫度也隨之升高，當(dāng)溫度升高到一定的程度將會(huì)影響設(shè)備的正常工作，需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對艦船電子設(shè)備進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。散熱設(shè)計(jì)是艦船電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，是保證艦船電子設(shè)備能否安全可靠工作的重要條件之一，它對于提高艦船電子設(shè)備的工作可靠性，延長其使用壽命具有非常重要的意義。
2.傳熱的基本形式及原理
2.1 熱傳導(dǎo)
傳導(dǎo)是熱量在直接接觸的兩個(gè)物體之間傳遞。其物理本質(zhì)是物質(zhì)微粒通過微觀熱運(yùn)動(dòng)以內(nèi)能的形式在接觸面上傳遞。
利用熱傳導(dǎo)散熱可采用以下措施：（1）采用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料制作導(dǎo)熱零件。導(dǎo)熱系數(shù)以金屬為最大，非金屬次之;―般采用鋁型材作為散熱零件。（2）加大與熱傳導(dǎo)零件的接觸面積?？諝鈱?dǎo)熱系數(shù)小，如果兩物體之間接觸不好有空氣，則空氣起到隔熱作用，導(dǎo)熱量減少;因此應(yīng)壓力均勻地增大接觸壓力（減小接觸面粗糙度）以排除空氣減小熱阻。
2.2 熱對流
對流是依靠發(fā)熱物體周圍的流體介質(zhì)的流動(dòng)將熱量轉(zhuǎn)移的過程。由于流體運(yùn)動(dòng)的原因不同，可分為自然對流和強(qiáng)迫對流兩種。自然對流由溫差引起.是由于流體冷熱不均，各部分密度不同引起介質(zhì)自然的運(yùn)動(dòng)。強(qiáng)迫對流是受機(jī)械力作用（如軸流風(fēng)機(jī)）促使流體運(yùn)動(dòng)，促使流體高速流過發(fā)熱物體表面以加強(qiáng)對流作用。兩種對流方式的比較如表1所示：
表1 自然對流與強(qiáng)迫對流的比較
對流方式 熱阻 結(jié)構(gòu) 控制
自然對流 較高 簡單 被動(dòng)的，不可以控制
強(qiáng)迫對流 較低 復(fù)雜，需外加能源使散熱劑流動(dòng) 主動(dòng)的，可以控制
利用熱對流散熱可采用以下措施：（1）加大溫差t，即降低散熱物體周圍對流介質(zhì)的溫度。（2）加大散熱器的散熱面積;采用有利于對流散熱的形狀：將散熱器做成肋片、直尾形和叉指形等。（3）加大對流介質(zhì)的流動(dòng)速度，選用有利于對流散熱的介質(zhì)，帶走更多的熱量。
2.3 熱輻射
輻射是熱量以電磁波的形式向外傳播。由于溫度升高，物體原子中電子振動(dòng)的結(jié)果引起了輻射，任何物體都在不斷地輻射能量;這種能量落在其他物體上，一部分被吸收，一部分被反射，另一部分要穿透該物體;物體所吸收的那部分能量就轉(zhuǎn)化為熱能。
利用熱輻射散熱可采用以下措施：（1）增加散熱表面粗糙度，粗糙表面熱輻射的能力較大。如將艦船用加固計(jì)算機(jī)箱體表面噴無光黑漆以增加熱輻射作用。（2）加大輻射體與周圍環(huán)境溫差，即周圍介質(zhì)溫度越低越好。
（3）增大輻射體表面積。
3.散熱方式的選擇
艦船電子設(shè)備的散熱方式主要有自然散熱、強(qiáng)迫風(fēng)冷、液體散熱等幾種。散熱方式的選擇需根據(jù)具體情況確定;通常主要考慮艦船電子設(shè)備的體積功率密度。
3.1 自然散熱
自然散熱是指在不使用外部輔助能量的情況下，通過傳導(dǎo)、對流和輻射的方式將熱量帶走。因此在設(shè)計(jì)中盡量減小大功耗器件和外殼之間的熱阻，讓熱量快速傳到外部。如在柜體上開通風(fēng)孔利于空氣對流作用;同時(shí)，進(jìn)出風(fēng)口要開在溫差最大的兩處，進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)在柜低，出風(fēng)口設(shè)計(jì)在柜頂，這樣會(huì)大幅增加散熱的效率。
3.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷
強(qiáng)迫風(fēng)冷關(guān)鍵是要建立有效的氣流通道，將熱量按設(shè)計(jì)好的路徑從各單元傳送到設(shè)備外部。系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口不可太近，否則容易出現(xiàn)氣流短路現(xiàn)象。強(qiáng)迫風(fēng)冷系統(tǒng)中風(fēng)源的產(chǎn)生有兩種方法：一是在艦船電子設(shè)備內(nèi)部采用軸流風(fēng)機(jī)抽風(fēng)，以加速空氣流量，利于電子器件的快速散熱;二是在柜體本身開設(shè)多個(gè)通風(fēng)孔，通過外部氣源經(jīng)通風(fēng)孔鼓風(fēng)，以達(dá)到散熱的效果。
3.3 液體散熱
液體散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程：確定散熱方式―選擇散熱液―傳熱計(jì)算―確定散熱流量和流速―選擇熱交換機(jī)―計(jì)算散熱液的溫差―確定二次散熱的流量―計(jì)算熱交換機(jī)中換熱系數(shù)、傳熱面積，并對交換機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)―計(jì)算散熱系統(tǒng)的阻力損失―選擇泵和電機(jī)。在選擇液體散熱時(shí)，首選直接液體散熱，如果達(dá)不到要求，可選擇間接液體散熱的方式。
3.4 各種散熱方法的熱流密度和體積功率密度
溫升為40℃時(shí)，各種散熱方法的熱流密度和體積功率密度值如圖1和圖2所示。
圖1 溫升為40℃時(shí)的各種散熱方法對應(yīng)熱流密度
圖2 溫升為40℃時(shí)各種散熱方法對應(yīng)體積功率密度
3.5 根據(jù)熱流密度和溫升的要求進(jìn)行選擇
按照圖3關(guān)系進(jìn)行散熱方法的選擇，適用于溫升要求不同的各類設(shè)備的散熱。
圖3 溫升要求不同的各類設(shè)備的散熱
3.6 散熱方法選擇示例
一功耗300W的電子組件，將其安裝在248mm×381mm×432mm的機(jī)箱里，在正常室溫的空氣中工作，是否需要對機(jī)箱采取特殊的散熱措施？
體積功率密度：
熱流密度：
由于很小，而值與圖l中空氣自然散熱的最大熱流密度比較接近，因此不需要采取特殊的散熱方法，依靠空氣的自然對流散熱就可以了。若采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，熱流密度為820W/m2時(shí)，可以將機(jī)箱表面積設(shè)計(jì)減小一半。
作為艦船上艙室外的設(shè)備，由于海上環(huán)境比較潮濕、酸性比較大;對設(shè)備內(nèi)部的元器件腐蝕很嚴(yán)重，一般考慮密閉設(shè)計(jì)。一般在密閉設(shè)備的印制插件上加裝導(dǎo)熱板，使器件產(chǎn)生的熱量通過導(dǎo)熱板傳到機(jī)殼上，然后通過機(jī)殼將熱量散到機(jī)外。
作為艦船上艙室內(nèi)的設(shè)備，一般采用“自然散熱+強(qiáng)迫風(fēng)冷”的組合方式。
4.艦船電子設(shè)備的自然散熱設(shè)計(jì)
4.1 元器件熱設(shè)計(jì)
印制板上的元器件散熱，主要依靠傳導(dǎo)提供一條從元器件到印制板的低熱阻路徑以帶走元器件的熱量，降低元器件的溫升。
為了降低熱阻，一般用導(dǎo)熱硅膠將元器件直接粘到印制板上;安裝大功率器件時(shí)，一般先用導(dǎo)熱硅膠將其與散熱型材粘接在一起然后再將一整體固定到印制板上;有大、小規(guī)模的集成電路混合安裝的情況下，應(yīng)盡量把大規(guī)模的集成電路放在散熱氣流的上游，小規(guī)模的放在下游，以使印制板上的器件溫升趨于均勻。
4.2 印制板熱設(shè)計(jì)
常用的PCB板為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，多層板結(jié)構(gòu)有利于PCB的散熱;其法向和平行方向的導(dǎo)熱性能差異很大，通常平行方向的導(dǎo)熱能力要強(qiáng)于法向方向。為了增加PCB的導(dǎo)熱能力，可采用鉚接導(dǎo)熱條進(jìn)行散熱。
由于印制板導(dǎo)線通電后溫升過高，需選擇厚一點(diǎn)的銅箔，同時(shí)增大銅箔表面積。對于雙面裝有器件的區(qū)域，為改善散熱，可以在焊膏中摻入少量的細(xì)小銅料，以增加焊點(diǎn)高度，使器件與印制板間隙加大，增大對流散熱的效果。金屬化過孔時(shí)孔徑、盤面大一些利于散熱。大功耗的器件如無法避免需集中放置，則要將矮的元器件放在氣流的上游，以保證冷卻風(fēng)量經(jīng)過熱耗集中區(qū)。
4.3 傳導(dǎo)熱設(shè)計(jì)
導(dǎo)熱通路中的接觸熱阻是由于兩個(gè)相互接觸的面之間的貼合不完全，而是只有某些點(diǎn)接觸所致。因此在降低表面粗糙度的同時(shí)適當(dāng)增加兩個(gè)接觸面上的壓力可以減小接觸熱阻。一般將發(fā)熱量大的器件直接與安裝底板剛性聯(lián)接，通過底板將熱量傳導(dǎo)到機(jī)殼上。
4.4 結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)
采用自然散熱的艦船電子設(shè)備機(jī)箱、機(jī)柜、顯控臺(tái)等熱設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在保證設(shè)備承受外部各種電磁環(huán)境、機(jī)械應(yīng)力的前提下，充分利用傳導(dǎo)、對流、輻射，最大限度地把元器件產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去以保證設(shè)備正常可靠地工作。
具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）艦船電子設(shè)備機(jī)箱在滿足電磁兼容環(huán)境及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡量多開一些散熱通風(fēng)孔，以及通過箱體利用傳導(dǎo)進(jìn)行散熱;（2）艦船電子設(shè)備機(jī)柜上發(fā)熱量大的器件固定在底板上時(shí)與機(jī)殼之間應(yīng)留有一定的散熱空間，距離一般應(yīng)大于35 mm，同時(shí)要靠近通風(fēng)口安裝，利用對流進(jìn)行散熱;（3）艦船電子設(shè)備機(jī)柜后蓋板開孔以作為氣流的通道，開孔的大小與散熱空氣進(jìn)出流速相適應(yīng);遵循進(jìn)出風(fēng)口距離盡量遠(yuǎn)，且進(jìn)風(fēng)口在柜底，出風(fēng)口在柜頂?shù)脑瓌t;柜體與底座要?jiǎng)傂月?lián)接，接觸面清潔、光滑、面積盡可能大;（4）艦船電子設(shè)備機(jī)柜柜體、顯控臺(tái)臺(tái)體內(nèi)外表面涂漆利用輻射降低內(nèi)部器件的溫度;（5）艦船電子設(shè)備機(jī)柜、顯控臺(tái)在利用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為避免氣流回流，進(jìn)風(fēng)口面積應(yīng)大于各分支風(fēng)道截面積之和。
5.結(jié)束語
艦船電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，有待解決的問題很多。在艦船電子設(shè)備的散熱中，必須將元器件產(chǎn)生的熱量從元器件傳到最終散熱體。為了使器件保持較低溫度，必須使器件與最終散熱體的熱阻最小，提高工作可靠性，減少經(jīng)濟(jì)損失，這樣才能保證艦船電子設(shè)備正?？煽康毓ぷ?。
參考文獻(xiàn)
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電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)范文第5篇
【關(guān)鍵詞】電源 熱設(shè)計(jì)；數(shù)值仿真；Flotherm
1.引言
復(fù)雜的機(jī)載電子設(shè)備由于內(nèi)部各功能模塊需要各種不同量值的電壓，需要將機(jī)上輸入的單一電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換以滿足設(shè)備工作需求，所以一般都需要自帶電源模塊。另一方面由于機(jī)上空間及有效核載有限，機(jī)載電子設(shè)備向小型化發(fā)展，由于設(shè)備從傳遞文本信號(hào)向傳遞語音、視頻等高密度信號(hào)發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理量急劇增大，設(shè)備向高速化、集成化發(fā)展，這對設(shè)備的電源模塊提出了很高的要求。同時(shí)，由于電源模塊轉(zhuǎn)換效率有限，平臺(tái)輸入功率的很大一部分都成為了熱功耗。這部分熱功耗會(huì)造成元器件溫度的急劇升高，進(jìn)而影響到電源模塊的工作性能。
某高速寬帶通信設(shè)備由數(shù)據(jù)處理、功放和電源等模塊組成。根據(jù)系統(tǒng)功能計(jì)算出設(shè)備正常工作時(shí)電源模塊的熱功耗約為120W。高溫（70℃）下器件工作溫度不超過100℃。受設(shè)備整機(jī)尺寸限制，分配到電源模塊的外形尺寸為寬X高X深=50X190X300（mm）。通過計(jì)算可得設(shè)備體積熱功率密度為4.2×104W/m3。由參考文獻(xiàn)[1、2]可知，在溫升40℃時(shí)空氣自然冷卻的體積功率最大為0.9×104W /m3，故自然散熱已經(jīng)無法滿足本模塊散熱要求，而強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱能力足夠。經(jīng)溝通，機(jī)上可提供入口為5℃的冷卻風(fēng)，風(fēng)量可選，但要求設(shè)備出風(fēng)口溫度不低于60℃，以達(dá)到機(jī)上冷卻源的有效利用，故該設(shè)備最終采用風(fēng)冷冷卻方式。
2.模塊結(jié)構(gòu)熱設(shè)計(jì)
從風(fēng)冷具體形式上看，冷卻風(fēng)掠過電源板直接冷卻雖然效率高，但根椐以往同類設(shè)備設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，考慮到設(shè)備需要進(jìn)行濕熱、鹽霧、電磁屏蔽等環(huán)境試驗(yàn)，電源板直接在風(fēng)道中的形式較難通過。故采用風(fēng)冷殼體的形式，將器件發(fā)熱導(dǎo)至殼體，再由冷卻風(fēng)帶出。電源模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：模塊由電源殼體、電源板和蓋板組成。
殼體正面腔體中安裝電源板，用蓋板密封，背面腔體與數(shù)據(jù)處理模塊的殼體間為風(fēng)道。風(fēng)道殼體表面做導(dǎo)電氧化處理。
電源板上主要發(fā)熱器件有6個(gè)，為了減少界面熱阻，各主要發(fā)熱器件先固定在殼體腔底，再將其管腳焊接在印制板上，器件和安裝面間隙填充高導(dǎo)熱系數(shù)的軟錫箔紙以減小界面熱阻[3]。殼體正面布局如圖1所示。
風(fēng)道一個(gè)進(jìn)口，兩個(gè)出口，進(jìn)出口的大小和位置由設(shè)備整機(jī)給定。風(fēng)道內(nèi)部設(shè)計(jì)散熱齒（風(fēng)道深度10mm，散熱齒高9.5mm）以提高散熱效率，設(shè)計(jì)散熱齒后風(fēng)道布局如圖2所示。
3.模塊散熱仿真分析
CFD仿真軟件可以在設(shè)計(jì)初期模擬驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，目前常用的專業(yè)電子設(shè)備散熱分析軟件有Icepak、FLOTHERM等。本文應(yīng)用FLOTHERM分析模塊的散熱。將簡化后的電源模塊結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入Flotherm建立熱仿真模型，分析常溫和高溫下模塊散熱性能。
仿真條件如下[4]：環(huán)境溫度分別設(shè)置為25℃和70℃，入口冷卻風(fēng)5℃，固定流量入口。殼體材料Al5A06，器件材料設(shè)為Si_typical，錫箔紙由于厚度太小用一界面熱阻代替。
風(fēng)道部分和器件部位網(wǎng)格局部加密，考核入口流量在0.0016m3/s至0.0051m3/s之間變化時(shí)，器件工作溫度和出口溫度，仿真分析得到器件穩(wěn)態(tài)工作溫度和出口平均溫度隨流量變化曲線如圖3所示（前期仿真分析表明D5溫度最高，故器件僅以D5代表）。
從圖中可以看出，流量大于0.0023m3/s后，高溫下器件工作溫度低于100℃，流量小于0.0036m3/s，常溫下出口流體平均溫度高于60℃。兩者都滿足的模塊散熱風(fēng)量應(yīng)在0.0023-0.0036m3/s之間選擇。此區(qū)間風(fēng)道隨力曲線如圖4所示。
4.結(jié)論
（1）對該電源模塊，強(qiáng)迫風(fēng)冷入口流量在0.0023-0.0036m3/s之間時(shí)，既可滿足高溫下器件工作溫度不高于100℃，又可滿足常溫下出口風(fēng)溫不低于60℃的要求。
（2）應(yīng)用CFD軟件Flotherm可以在模塊設(shè)計(jì)初期方便快速地模擬出設(shè)備的熱性能，對強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)備還可計(jì)算出風(fēng)阻特性曲線。從而快速確定設(shè)計(jì)方案，從而縮短整個(gè)設(shè)備的研發(fā)周期，在激烈的市場競爭中贏得先機(jī)。
參考文獻(xiàn)
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