电子仪器热输运系统模型及其设计方法研究

论文摘要

随着科技的日新月异,电子仪器的集成度越来越高,而硬件设计上每增加一个集成度,电子仪器所散发的热量也会相对增加。而电子仪器能否可靠工作,能否持久耐用很大程度上取决于装置和功率器件能否有效散热。这就使得电子设备和单个功率器件的热输运问题日益突出。本文就此做了深入的研究,目的就是希望能为电子仪器热输运问题找到一条合理有效的解决途径。我们着力研究了热管、半导体制冷等制冷方法。并应用半导体制冷原理搭建了恒温控制平台。此平台主要包括电压基准、温度测量、减法器、PID控制、限幅、TEC驱动等六大组成部分。我们在实验中还应用了导热板、热沉等辅助设备。简单的说,工作原理就是通过温度传感器采集热负载(大功率晶体管)温度,经过反馈得到差值,再由PID处理,用PID处理过的输出信号控制TEC制冷(或加热),从而实现时时检测,时时控制。此外,我们还为此热输运系统建立了数学模型。实验中我们对比了加温度控制平台和不加控制平台的效果。我们发现不加温度控制平台时热负载温度迅速上升,直至烧毁。加了温度控制平台后,温度很稳定,也就是说我们不是被动的给大功率晶体管降温,而是让大功率晶体管按照我们设置的温度去工作。这样一来我们对管子的各个参数就能有很好的把握。我们在实验中还测算了整个热输运系统的短期稳定度和长期稳定度,测算结果是,短期稳定度是0.02℃,长期稳定度是0.05℃。虽然实验结果达到了我们的要求,但我们也发现了系统的一些不足,在本文的最后我们提出了一些设想和展望,希望在日后的工作中能得以完善。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 研究电子仪器热输运系统模型的意义
• 1.2 温度对电子元器件及电子设备的影响
• 1.3 本论文的基本结构与内容
• 第二章 电子仪器热输运系统数学模型的建立
• 2.1 电子仪器热输运系统中的换热原理
• 2.2 有关热管散热的基本原理
• 2.3 半导体制冷的基本原理
• 2.4 数学模型的建立与计算
• 第三章 电子仪器热输运系统设计方法
• 3.1 散热风扇
• 3.2 功率器件的热电模拟分析
• 3.3 散热片的设计方法
• 3.3.1 半导体器件散热器的分类及标准
• 3.3.2 散热器的选择
• 3.3.3 散热器应用中的注意事项
• 第四章 电子仪器热输运系统的应用研究
• 4.1 基本散热方法
• 4.2 电子设备常用的热输运方法
• 4.2.1 热管
• 4.2.2 深冷冷却
• 4.2.3 气体涡流制冷
• 4.2.4 半导体制冷
• 第五章 电子仪器热输运系统在恒温控制器中的应用与实验
• 5.1 恒温度控制器的原理与应用
• 5.2 电子仪器热输运系统恒温控制实验研究
• 5.2.1 实验组件的安装
• 5.2.2 热敏电阻间接测量温度的方法及误差分析
• 5.2.3 实验结果
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢