某户外电子设备的热设计及仿真试验

于 斌

(中电科仪器仪表有限公司，山东 青岛 266555)

0 引 言

某户外使用的电子设备，对环境适应性要求较高，工作温度最高要求55 ℃，并且还有防雨要求，整机功耗100 W。整机内含有单片功耗40 W的集成电路器件，在整机尺寸和重量有严格限制的情况下，给整机的热设计带来了极大的挑战。笔者通过对此典型户外电子设备的热设计和仿真试验过程介绍，为该类电子设备的热设计提供有利的参考[1]。

1 整机初步设计方案

此设备内部主要包含电源、天线、接收模块、信号处理模块以及借口等。设备外形如图1所示。

图1 设备外形

整机内部各主要器件和模块的功率如表1所列。芯片1为整机中的核心器件，功耗大，功耗占整机的40%左右，并且尺寸较小，功率密度大，是此机热设计的重点和难点。

表1 主要器件及功率

2 热仿真模型建立

2.1 模型处理和简化

为便于进行仿真模型的建立，提高仿真的精度和节省计算时间，对设备的整体形状以及细节部分进行适当简化，去掉圆角、倒角、拔模斜度等特征。各接口和调试口进行简化后，对应位置的空洞以实体进行填充。简化后的模型如图2所示。

图2 简化后模型

2.2 建立仿真模型

该设备后壳部分为金属材质，选用铝合金材料，重量轻导热性能好。前壳部分为保障天线接收性能，为非金属材料，导热系数极低，约为0.4W/(m·k)

芯片1～5布置在印制板上，如图3所示。

图3 芯片布局

芯片1为该设备的关键器件，其功耗较大，需要重点考虑散热设计措施。为实现设计目标，本方案采用大面积铜板与器件连接，通过传导将热量快速传出，然后将铜板与外壳进行紧密贴合连接。……