铜排与PCB接触流通设计

关键字：: 铜排搭接　　Ansys Workbench　　稳态热分析　　温度分布
产　　品：: 铜排
价　　格：: 30元　我要购买
摘　　要：: 随着电子技术的迅速发展,电子设备的功耗越来越高,大功率的电子产品也越来越成为分析与设计时最关注的部分。铜排作为大电流导电产品,在电气设备和电力系统中有着广泛的应用,铜排在工作时一般会有大电流通过,这必然会带来极大的温升,温升超过一定值时会加速其老化甚至导致故障,造成经济损失。而铜排在应用时随环境不同而安装灵活,因此有必要对铜排在不同条件下的温度分布情况进行分析。此外随着科技的进步和行业的发展,很多能源产品设计中提出了铜排与铜排、铜排与PCB直接接触的需求,其接触通流的影响这些以往可以忽略的细节问题,随着大功率产品应用越来越多,逐渐被放大甚至变成制约电力电子装置发展的瓶颈。因此对于铜排与铜排、铜排与PCB接触对通流能力的影响的研究十分有必要的,这对于使得电力电子装置在整体上取得更高的性能指标,更好的适应不同工程应用领域都有很大意义。本文首先对单个铜排进行热分析,以竖放铜排为例运用热分析理论知识对其进行稳态散热计算,对各面的对流散热系数进行了详细的计算,作为随后仿真分析的前提和验证依据。随后利用ANSYS有限元软件对竖放铜排,以及在工作过程中的多种安装条件下、有镀层及弯折情况下的铜排温度分布进行仿真分析,从而反映出不同条件下铜排的散热能力。通过分析结果发现同样的铜排在放置条件不同时,温度分布与载流量也不同。铜排的散热是与散热面积以及放置方式综合影响有关的,以往单一考虑散热面积有时并不能达到最佳的散热效果。在放置时,铜排竖放时效果最好,其散热面积大,主要的散热面的特征尺寸较小,有利于散热和承载较大的载流量,其温升为76.26℃。而立放靠墙放置时则相反,散热面小且主要散热面特征尺寸最大,散热效果最差,其温升为130.09℃。对于铜排螺栓连接,不考虑螺栓影响时温升为76.64℃,在考虑螺栓影响时,由于是紧密连接,接触电阻很小,螺栓等外露部分增加了散热面,温升为75.38℃。若由于连接未达要求等原因使接触电阻增大,将造成接触区域的温升急剧增加,可能导致故障。对于铜排与PCB接触,由于存在铜箔,弥补了PCB传导能力差的性质,整体温差在10℃左右,最高温升在接触区,为75.53℃。此外铜排与PCB搭接长度越小越利于降低最高温度,缩小整体温差。对于铜排与PCB接触,由于PCB的材料的热传导性能对于整体的温度分布影响较大,改善对流换热条件是电子设备热设计常用的方法。因此提出了两种优化方案,从PCB材料和对流环境的改善两个方面对铜排与PCB接触情况进行研究。发现加入导热层能使导热效果明显的改善,整体温差有所降低,但导热层并不是越厚效果越明显,加大导热层的厚度对于进一步减少整体温差是有限的。此外改变环境因素,将自然对流变为强制通风冷却确实对铜排的温度有较大的改善;但是继续加大通风强度对于温度的改善并不明显。

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