电源机箱结构设计与优化-毕业论文.docx

1、武汉理工大学毕业设计（论文）武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文) 题目: 电源机箱结构设计与优化（一）设计（论文）主要内容：利用 SolidWorks 等软件对一款逆变器机箱结构进行优化设计，要求美观紧凑。该逆变器参数为输入电压为 350V 直流电，输出电压为 220V 单相交流电，功率为 6kw，采用基于 MOS 管的技术。并利用温度分析软件分析在该架构下的温度分布情况，最后对结构进行散热方面的优化设计。（二）完成的主要任务及要求：1、用 SolidWorks 建立各元件图形模型。 2、用 SolidWorks完成整机设计。 3、用温度分析软件对该架构温度分布情况进行分析

2、，并进行散热设计。 4、读本人研究生者优先选择。（三）完成任务的时间节点：第 1 周，选题；第 2 周，下载任务书，查阅相关文献资料，明确研究目标，了解研究所需数据资料的收集方式与分析工具的使用；第 3 周，确定研究内容，开始外文资料的翻译，完成开题报告；第 4 周，开题报告审查；第 56 周，中期检查，进行研究内容的数据收集、理论分析与设计；第 7-9 周：完成论文相关研究工作；第 10 周，完成毕业论文的初稿；第 1112 周，修改毕业论文，上传毕业论文；第 1314 周，修改论文，提出答辩申请，准备论文答辩；第 15 周，毕业论文答辩；第 16 周，整理毕业论文上交。武汉理工大学毕业设计

3、（论文）（四）必读参考文献：1 刘兵. IcePak 软件在电子设备热设计中的应用 .电脑知识与技术 2013-05：:1151-11652 阎兆军 电子机箱热分析建模与仿真技术研究 西安：西安电子科技大学 2010 -013 陈捷恺. 6kWDC/DC 变换器热分析及散热结构优化 武汉：武汉理工大学 2014-054 朱敏波 赵淳殳 王世萍. 电子设备机箱热分析软件设计与实现计算机辅助工程 1997-02：60-64指导教师签名： 年 月 日系主任签名： 年 月 日 院长签名(章) 年 月 日武汉理工大学毕业设计（论文）论文开题报告1、目的及意义对于基于MOS管的的大功率逆变器，温度是保证其

4、工作可靠性的决定因素之一，因此，对逆变器机箱进行热分析并对结构进行是进行优化设计是MOS管逆变器设计不可或缺的环节。据统计， 55以上电子设备损坏失效都是因为冷却系统设计不良所致。其失效率随着温度的升高呈指数增长趋势，甚至有的器件环境温度每升高10，失效率增大1倍以上。尤其是场效应逆变器中的功率器件，会产生大量的热量，若不及时排除，将引起电子电路板的热流密度过高，影响电路的可靠性和寿命。电源电路内部的温升超过极限值时，将导致元器件失效。所以，对逆变器机箱进行热设计和热分析，在产品的整个过程中有着举足轻重的作用。传统的热设计通常是根据经验，或应用有限的换热公式进行预先估计，生产出成品后，再通过实

5、验来检验。产品若不能满足要求，就要经历修改、再设计、再生产、再检验。显然，这种传统的热设计方法已不能满足现代化的生产需求。因此，在产品设计阶段对其进行有效的热仿真是非常必要的。热分析软件能够比较真实地模拟系统的热分布状况，能够在产品设计阶段对其进行热仿真，确定模型中的温度最高点。通过对模型进行修改或采取必要的散热措施，消除其热问题，使其最高温度在允许的温度范围内，达到设计要求。设计师必须对热设计进行深入的分析和研究，才能更好地解决产品设计中的问题。热设计的目的就是要改进其结构设计与材料的选择，寻求最佳的导热材料与散热结构，使整个逆变器中产生的热量尽可能快速传输且散发到周围环境中去，有效控制温度

6、以满足系统可靠性的要求。热控制方案的选择对其可靠性和成本都有深远的影响，优良的热控制技术可以保证电源模块维持良好的工作性能和延长使用寿命。可见通过对损耗的分析计算得到数据参数，建立电路各模块温度模型。通过对热分析软件的运用，合理布置散热器件，设计散热通道，选择散热方式，从而确定优化方案，可以达到降低成本和提高性能的目的，意义巨大。武汉理工大学毕业设计（论文）2、国内外研究现状随着电子技术的发展以及电力电子设备的广泛普及，场效应逆变器在通信、军事、航天、卫星、运输、航海方面获得了越来越多的应用，场效应逆变器中用MOS管作功率转换元件几乎不需要信号源提供电流和功率，可大大简化电路，特别适合高频工作

7、。有着更高的能量转换效率，拥有更低的发热特性，更长的平均无故障时间以及更高的可靠性以及更小的体积 。从八十年代末开始电气工程设计师们就已经开始尝试场效应逆变器的研究，大量积聚的热量又成了设计师们新的难题。当时因为受落后的生产工艺以及理论研究水平的限制，开关元件还无法达到很高的开关速度，强行提高元件的开关频率必然将会引起开关损耗的急剧增加，影像设备的正常运行。为解决这一矛盾，各种软开关技术应运而生，工程师们期望通过对 MOSFET 开关性能的提升达到减少 MOSFET 开关损耗的目的。经过多年的研究比较后，有两种软开关技术通过了工程实践的检验，获得了市场的广泛认可其中一项是由 VICOR 公司开

8、发出的的有源箝位 ZVS 软开关技术；另一项是在九十年代初诞生的全桥移相 ZVS 软开关技术。 另一方面，随着半导体技术在生产材料以及生产工艺上的迅猛发展，以前制约着 MOSFET 性能提升的诸多难题被一一攻克，功率 MOSFET 的性能获得了飞跃性的提升。使得当今的 MOSFET 的导通电阻、开关时间、以及栅极电容等参数获得了大幅的减小。如今随着微处理器在控制电路中的应用，仅需通过对逻辑电平的切换即可实现对功率 MOSFET 进行导通控制，使场效应逆变器较上一代晶体管逆变器有着质的飞跃。目前，微处理器已经广泛的参与输出电压调节、频率设置、脉宽调制、占空比大小的控制、降频升频控制等工作，而且微

9、处理器的生产成本随着半导体技术的进步不断降低，这使得其应用范围变得越来越广泛 同时国内外也展开了电子元器件的热分析研究，随着计算机技术的发展和航空航天技术在军事领域的应用，电子设备及仪器热控制技术受到普遍重视，美国在七十年代就颁布了可靠性热设计手册，作为航空电子设备的强制性标准执行：以色列空军在美国机载电子热分析和热测试技术的基础上加以改进和应用，并把热设计和热测试作为机载电子设备产品研发和交付过程中必不可少的一个环节；日本电气公司在九十年代中期研制的巨型计算机中就己经成功地运用了液冷技术来进行环境温度控制。目前，国外在电子设备热分析方面的技术已趋成熟，能够解决稳态和瞬态不同情况下的元器件级、

10、板级和设备级的热分析。热设计的研究工作也在进行，武汉理工大学毕业设计（论文）一些专业热设计软件得到了广泛应用，电路板的优化布局技术也趋向成熟，一些新的测量元件和测量方法正大量涌现，如铂薄膜热电阻的步进插阻温度计和辐射测温技术等。同国外相比，我国的模块化电子设备热分析及结构设计工作起步较晚，理论基础薄弱。国内整个民用电子工业正处于发展阶段，电子设备的热分析、热设计、热测试技术的研究较少，水平较低，尚处于起步阶段。在国内民用电子行业中，电子设备研制单位存在着仅凭经验作一些初步的热设计和采取一定控制措施的误区，没有进行科学合理的热分析、热设计与热试验工作，电子产品的热设计、热控制措施缺乏科学性和合理

11、性，因而其可靠性与国外同类产品相比有较大差距。3 研究内容和技术路线3.1 研究内容本毕业设计论文以6KWMOS管逆变器为研究对象，对逆变器器各部分进行损耗计算，通过热分析软件建立温度模型，通过对温度模型的分析，布置元件摆放位置及设计散热方案实现结构优化设计，提出最佳散热结构。研究内容可分为以下几点：（1）用SolidWorks建立各元件图形模型。运用SolidWorks软件建立个元件的三维仿真图，并完成整机设计。（2）逆变器损耗分析及计算逆变器的损耗主要包括：开关元件的损耗、磁性元件的损耗、电容类元件的损耗等。通过损耗分析，为下一步的研究提供理论支持。（3）热分析及模型建立通过热分析软件，根

12、据环境、发热量、物体形状及散热方式建立温度模型，从而可以在产品装箱调试前完成对逆变器整体发热情况的了解。（4）结构优化根据仿真软件的温度模型，合理调节逆变器中各模块在机箱中的位置，选择正确的散热方式，对散热片的尺寸及形状重新设计以实现快速散热，并建立流道机箱模型，分析气流流动状况，并在不影响功能的情况下实现对机箱散热结构的优化设计。3.2技术路线（1）划分 MOS 管逆变器各模块，确定热源（2）查询模块中各个元件的型号和材料特性武汉理工大学毕业设计（论文）（3）计算各发热模块的损耗（4）在热分析软件中加载必要的设计数据（5）建立温度模型（6）合理设计布局及散热通道，实现结构优化设计相关资料查询

13、逆变器设计损耗分析与计算热分析与建模散热结构优化设计M O S 管 逆 变 器 热 分 析 及 结 构 优 化3、进度安排第 1 周，选题；第 2 周，下载任务书，查阅相关文献资料，明确研究目标，了解研究所需数据资料的收集方式与分析工具的使用；第 3 周，确定研究内容，开始外文资料的翻译，完成开题报告；第 4 周，开题报告审查；第 56 周，中期检查，进行研究内容的数据收集、理论分析与设计；第 7-9 周：完成论文相关研究工作；第 10 周，完成毕业论文的初稿；第 1112 周，修改毕业论文，上传毕业论文；第 1314 周，修改论文，提出答辩申请，准备论文答辩；第 15 周，毕业论文答辩；第

14、16 周，整理毕业论文上交。4、参考文献5 刘兵. IcePak 软件在电子设备热设计中的应用.电脑知识与技术 2013-05：:1151-11656 阎兆军 电子机箱热分析建模与仿真技术研究 西安：西安电子科技大学 2010 -017 陈捷恺. 6kWDC/DC 变换器热分析及散热结构优化 武汉：武汉理工大学 2014-05武汉理工大学毕业设计（论文）8 朱敏波 赵淳殳 王世萍. 电子设备机箱热分析软件设计与实现计算机辅助工程 1997-02：60-649 苏世明，李 伟 电子设备机箱散热仿真分析 光电技术应用.2013-03:64-6710 王萌.高密度密闭电子设备热设计及其结构优化. 西

15、安：西安电子科技大学.2007-0111 周敏，吴淑泉. 电子设备强迫风冷设计的计算机仿真. 计算机工程.2003-09:171-17212 刘玉绵 基于 Icepak 软件的电子设备机箱的优化设计 信息科技 2012:205-20613 周峮 密闭式电子设备热分析方法仿真研究 计算机仿真 2012-11:416-41914 余运江 单相光伏并网逆变器的研究 杭州：浙江大学 20085、指导教师意见指导教师签名： 年 月 日 武汉理工大学毕业设计（论文）1目录摘要 .1ABSTRACT .21 绪论 .31.1 研究的目的及意义 .31.2 国内外研究现状 .41.3 设计思路 .51.4 电

16、子设备热分析技术发展概况与发展趋势 .61.4.1 电子设备热分析技术发展概况 .62 逆变器器机箱热分析研究 .72.1 热分析的基本原理 .72.1.1 热分析软件 ICEPAK 简介 .82.1.2 流体力学基础-N-S 方程 .82.2.2 数值法求解温度场比较 .92.2 逆变器热分析 .102.3 机箱结构设计 .102.3.1 热设计参数计算 .102.3.2 散热方案选择 .122.4 本章小结 .133 6kWMOS 管逆变器机箱热仿真分析 .153.1 热仿真试验 .153.2 设计参数对散热结果影响 .203.2.1 散热方式对散热结果的影响 .203.2.2 散热片参数

17、对散热结果的影响 .213.2.3 风道结构对散热结果的影响 .233.2.4 热源布置对散热结构的影响 .243.3 功率管逆变器优化方案确定 .253.4 本章小结 .29武汉理工大学毕业设计（论文）24 电源机箱三维设计 .304.1 电源机箱设计理念 .304.1.1 实施方案及拟采取的研究方法和技术路线 .314.1.2 可行性分析 .324.2 光伏电源设计思路 .324.2.1 48V 逆变器主要板块设计 .334.3 本章小结 .37总结及展望 .386 参考文献 .39致谢 .40武汉理工大学毕业设计（论文）1摘要国际上，全球著名公司 Xantrex 的 SunTie XR

18、系列并网控制器带来了光伏市场格局的重大变化，其根据光伏市场需要推出的产品系列覆盖了中、大功率范围，也可将多台中功率的控制器并联构成系统，而且控制器中也集成了最大功率跟中环节。同时，这带动了我国光伏发电方面的发展，我国政府出台了一些列的政策，如金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法以及关于做好分布式电源并网服务工作的意见等，为光伏发电的发展提供了有力支撑。本论文以家用太阳能发电系统的设计为核心，根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳能直接转换为电能，可直接作为电源驱动负荷，亦可切换到外部三相电网，实现小型光伏并网系统的运行。绘制出电源机箱的三维模型并对其进行热稳定分析。关键词：电源机箱 SolidWorks 温度分析 icepak