某型功放模块散热设计研究

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摘要：大功率功放模块散热设计是通信产品中必须的一项技术，它在通讯系统可靠性设计中占有重要的地位，是通讯系统中的一个主要组成部分。在本文中，笔者将根据自己多年积累的经验，结合实际的设计工作，将探讨和分析利用Fluent公司开发的lcepak热控分析软件对不同参数的功放散热进行数值模拟的技术，得出功放散热的最优设计参数，从而为技术设计人员提供了热设计方面的参考数据。

关键词：数值模拟；结构参数；散热设计

随着科学技术的不断发展，功放技术得到了长足的进步，功放模块的体积逐渐的缩小，功率密度却得到了很大的提高。在通信产品的设计中，优化热设计的主要任务是通过正确、合理的空间布局，最大限度的使模块空间缩小，从而提高模块的功率密度。经过实践的总结我们知道，影响模块散热效果的因素有：并联风扇之间的间距；散热肋片间距和厚度；与功放模块配合的底板厚度；散热器与风扇间的距离等。

1.热设计仿真设计

对电子设备进行热场分布的分析和研究，是电子产品设计过程中的一个重要的环节。在实际的操作中，设计人员要根据热的传播方式和产生机理，采用科学合理的热设计方法，只有这样，才能保证电子设备在规定的温度范围内正常的运行。目前为止，应用比较广泛的电子冷却软件有Icepak和Flotherm，通过它们可以把电子产品的热效应分析放在产品的设计阶段，从而解决了优化电子系统自然对流和强迫对流方案以及优化电子系统内部结构设计参数的问题。与Flotherm相比，Icepak具有以下几个特点：

1.1.采用FLUENT5的结算方法和非结构化网络技术，采用TVD等高分辨率格式，保证了计算的精度。

1.2.采用非结构化的网格，把比较复杂的几何外形转化为三维的六面体或四面体的非结构化网格结构，从而满足了现代电子产品设计中几何图形越来越复杂的需求。

1.3.它可以为电子产品的设计提供丰富的物理模型，通过物理模型可以模拟稳态、非稳态、湍流、层流、热辐射、热传导、混合对流、强迫对流、自然对流等现象。

最近几年，又出现了新一代的热设计仿真软件ICEPAK，它以有限体积法作为求解器，可以模拟真实的流速场、压力场、温度场，从而帮助设计师提高设计水平、优化设计方案、缩短项目研制周期、降低成本，在流体流动为重点的设计中，它更能发挥出有限体积法的便捷和优势。

2.功放模块的散热设计与分析

功放模块温度控制的主要功能是控制功率管的结温，在实际中，大部分的厂家把器件的最高结温规定为90℃-150℃。在日常的操作中，通常会选用导热性好、重量轻的铝合金材料，由于底板的厚度会影响到热阻，进而影响到散热器底板的温度均匀性，根据国家相关的标准，在实际的应用中，我们一般会采用厚度为5-6mm的散热器底板，长度和宽度应该根据设计的要求采用300mm和150mm的标准值，它的结构图如图1所示：

在图1中，d1代表散热肋片厚度；d2代表肋片间距；d3代表风扇出口与散热器的距离；d4代表并联风扇的间距。只有充分、全面、综合的考虑到以上的因素，才能够使散热器达到最佳的工作状态。

2.1.选取算例参数

2.2.1.如果其他参数不变，d1不同的情况下，当d1=5mm时计算结果是最理想的，具体的结果理想程度排序为Tmax9﹥Tmax7﹥Tmax8﹥Tmax6。由此可以得出，肋片的厚度是存在一个最佳值的，厚度过大或过小都会对散热器产生不利的影响。

2.2.2.如果其他参数不变，d2不同的情况下，当d2=5mm时计算结果是最理想的，具体的结果理想程度排序为Tmax11﹥Tmax10﹥Tmax2。当d2=3.5mm时，Tmax10与Tmax2的计算结果相差不大，两者相差的值为1.483%，但是，Tmax11和Tmax2的差距却特别大，达到了17.55%。我们从中可以得出的结论是：d2较小时，散热器的散热效果相差较小；当d2较大时，散热器的散热效果相差也较大。

2.2.3.如果其他参数不变，d3不同的情况下，当d3=5mm时计算结果是最理想的，具体的结果理想程度排序为Tmax4﹥Tmax3﹥Tmax1﹥Tmax2。我们能够发现d3对散热效果的影响是很大的，准确的把握d3的值对散热设计来说是非常关键的。

2.2.4.如果其他参数不变，d4不同的情况下，当d4=116mm时计算结果是最理想的，具体的结果理想程度排序为Tmax6﹥Tmax2﹥Tmax5。我们能够发现d4对散热效果的影响是很小的，Tmax6和Tmax5的相差仅为2.22%。

结语：

综上所述，通过对功放散热器进行数值的模拟，分析和计算出了散热器最理想的设计参数。通过我们的研究发现，在影响功放散热的所有参数中，对功放散热影响最大的是散热器和风扇出口处距离d3以及肋片厚度d2，其次是肋片厚度d1，影响最小的是并联风扇间距d4。在实际的设计中，工作人员只有准确、综合的把握影响功放散热的所有因素，才能得出结构设计的最优参数，提高功放模块散热的性能。

参考文献：

[1]景莘慧.某功放模块的强迫风冷散热技术[J].电子机械工程，2008（21）

[2]张永刚.某型功放模块散热设计研究[J].中国制造业信息化，2008（24）