某型功放模塊散熱設計研究

摘要：大功率功放模塊散熱設計是通信產品中必須的一項技術，它在通訊系統可靠性設計中占有重要的地位，是通訊系統中的一個主要組成部分。在本文中，筆者將根據自己多年積累的經驗，結合實際的設計工作，將探討和分析利用Fluent公司開發的lcepak熱控分析軟件對不同參數的功放散熱進行數值模擬的技術，得出功放散熱的最優設計參數，從而為技術設計人員提供了熱設計方面的參考數據。

關鍵詞：數值模擬；結構參數；散熱設計

隨著科學技術的不斷發展，功放技術得到了長足的進步，功放模塊的體積逐漸的縮小，功率密度卻得到了很大的提高。在通信產品的設計中，優化熱設計的主要任務是通過正確、合理的空間布局，最大限度的使模塊空間縮小，從而提高模塊的功率密度。經過實踐的總結我們知道，影響模塊散熱效果的因素有：并聯風扇之間的間距；散熱肋片間距和厚度；與功放模塊配合的底板厚度；散熱器與風扇間的距離等。

1.熱設計仿真設計

對電子設備進行熱場分布的分析和研究，是電子產品設計過程中的一個重要的環節。在實際的操作中，設計人員要根據熱的傳播方式和產生機理，采用科學合理的熱設計方法，只有這樣，才能保證電子設備在規定的溫度范圍內正常的運行。目前為止，應用比較廣泛的電子冷卻軟件有Icepak和Flotherm，通過它們可以把電子產品的熱效應分析放在產品的設計階段，從而解決了優化電子系統自然對流和強迫對流方案以及優化電子系統內部結構設計參數的問題。與Flotherm相比，Icepak具有以下幾個特點：

1.1.采用FLUENT5的結算方法和非結構化網絡技術，采用TVD等高分辨率格式，保證了計算的精度。

1.2.采用非結構化的網格，把比較復雜的幾何外形轉化為三維的六面體或四面體的非結構化網格結構，從而滿足了現代電子產品設計中幾何圖形越來越復雜的需求。

1.3.它可以為電子產品的設計提供豐富的物理模型，通過物理模型可以模擬穩態、非穩態、湍流、層流、熱輻射、熱傳導、混合對流、強迫對流、自然對流等現象。

最近幾年，又出現了新一代的熱設計仿真軟件ICEPAK，它以有限體積法作為求解器，可以模擬真實的流速場、壓力場、溫度場，從而幫助設計師提高設計水平、優化設計方案、縮短項目研制周期、降低成本，在流體流動為重點的設計中，它更能發揮出有限體積法的便捷和優勢。

2.功放模塊的散熱設計與分析

功放模塊溫度控制的主要功能是控制功率管的結溫，在實際中，大部分的廠家把器件的最高結溫規定為90℃-150℃。在日常的操作中，通常會選用導熱性好、重量輕的鋁合金材料，由于底板的厚度會影響到熱阻，進而影響到散熱器底板的溫度均勻性，根據國家相關的標準，在實際的應用中，我們一般會采用厚度為5-6mm的散熱器底板，長度和寬度應該根據設計的要求采用300mm和150mm的標準值，它的結構圖如圖1所示：

在圖1中，d1代表散熱肋片厚度；d2代表肋片間距；d3代表風扇出口與散熱器的距離；d4代表并聯風扇的間距。只有充分、全面、綜合的考慮到以上的因素，才能夠使散熱器達到最佳的工作狀態。

2.1.選取算例參數

2.2.1.如果其他參數不變，d1不同的情況下，當d1=5mm時計算結果是最理想的，具體的結果理想程度排序為Tmax9﹥Tmax7﹥Tmax8﹥Tmax6。由此可以得出，肋片的厚度是存在一個最佳值的，厚度過大或過小都會對散熱器產生不利的影響。

2.2.2.如果其他參數不變，d2不同的情況下，當d2=5mm時計算結果是最理想的，具體的結果理想程度排序為Tmax11﹥Tmax10﹥Tmax2。當d2=3.5mm時，Tmax10與Tmax2的計算結果相差不大，兩者相差的值為1.483%，但是，Tmax11和Tmax2的差距卻特別大，達到了17.55%。我們從中可以得出的結論是：d2較小時，散熱器的散熱效果相差較小；當d2較大時，散熱器的散熱效果相差也較大。

2.2.3.如果其他參數不變，d3不同的情況下，當d3=5mm時計算結果是最理想的，具體的結果理想程度排序為Tmax4﹥Tmax3﹥Tmax1﹥Tmax2。我們能夠發現d3對散熱效果的影響是很大的，準確的把握d3的值對散熱設計來說是非常關鍵的。

2.2.4.如果其他參數不變，d4不同的情況下，當d4=116mm時計算結果是最理想的，具體的結果理想程度排序為Tmax6﹥Tmax2﹥Tmax5。我們能夠發現d4對散熱效果的影響是很小的，Tmax6和Tmax5的相差僅為2.22%。

結語：

綜上所述，通過對功放散熱器進行數值的模擬，分析和計算出了散熱器最理想的設計參數。通過我們的研究發現，在影響功放散熱的所有參數中，對功放散熱影響最大的是散熱器和風扇出口處距離d3以及肋片厚度d2，其次是肋片厚度d1，影響最小的是并聯風扇間距d4。在實際的設計中，工作人員只有準確、綜合的把握影響功放散熱的所有因素，才能得出結構設計的最優參數，提高功放模塊散熱的性能。

參考文獻：

[1]景莘慧.某功放模塊的強迫風冷散熱技術[J].電子機械工程，2008（21）

[2]張永剛.某型功放模塊散熱設計研究[J].中國制造業信息化，2008（24）