Тепловой режим блока питания

Цель работы
Рассмотреть тепловой режим блока питания на примере стабилизатора напряжения TLVS-15
Разработать методику оптимизации теплового режима блока питания

Стабилизатор напряжения TLVS-15
Прибор должен стабилизировать выходное напряжение от 170В до 240В с погрешностью 1 В, при входном напряжении от 150 В до 250 В.
Стабилизируемая мощность 1500 Вт.
Температура среды (помещение) от +50С до +400С

Вид прибора без кожуха
Радиатор
Печатные платы
Вентилятор типа JF0925S1H, обеспечивающим производительность 1,47 м3/мин

Расположение тепловыделяющих элементов на радиаторе

Схема расположения тепловыделяющих элементов на радиаторе
Диоды FES16AT-JT
Выпрямительные диодные сборки КД638АС
Транзисторы IRGS30В120К

Крепление элементов на радиаторе
радиатор

Методика измерения мощности тепловыделения в элементах
1 – Тепловыделяющий элемент, 2 – калориметрическое ядро, 3 – оболочка, 4 – кабель электропитания, 5,6 – датчики температуры.
Зная величины с1, с2 и σ23 из предварительных калибровочных опытов можно по формуле получить значение мощности Ф1

Определение мощности тепловыделений во всем приборе
Амперметры Ц4311 класс точности 0,2
Вольтметры Ц4311 класс точности 0,2
Резистивная нагрузка на выходе 30 Ом

Зависимость мощности теплопотерь и КПД от выходной мощности

Расчет коэффициентов теплообмена и тепловых сопротивлений
1.1. Коэффициентов теплообмена корпусов элементов с платой
αкс=εпр·φ· f(Тк,Тср)+λвоз/δзаз
1.2. Тепловых сопротивлений корпусов элементов с основанием радиатора
Rконт= r/S
1.3. Расчет эффективного коэффициента теплообмена оребренной поверхности
Re = Vp·L/ν
Nu = 0,49·Re0,5 при Re < 1000 ;
Nu = 0,194·Re0,65 при Re ≥ 1000
α=Nu·λ/L

Температурное поле основания радиатора

Результаты расчета основания радиатора

Методика оптимизации конструкции стабилизатора напряжения
Классификация элементов по требованиям к тепловому режиму и формирование групп элементов
Определение выделяемой тепловой мощности в элементах
Оптимизация конструкции и схемы движения воздуха
Выбор параметров систем охлаждения для групп элементов (радиаторов и вентиляторов)

Классификация элементов по требованиям к тепловому режиму, формирование групп элементов по допустимой температуре

Оптимизация конструкции и схемы движения воздуха
Радиатор
группы 2
Вентилятор
Печатные
платы
Радиатор
группы 1
Радиатор
группы 3

Выбор длины радиаторов
К1-доля от общей проводимости
К2-доля от общей мощности
К-принятая доля длины радиатора
L-длина радиатора группы

Температурное поле основания радиатора для группы 1
Максимальная температура 67,30С
Минимальная температура 65,90С

Температурное поле основания радиатора для группы 2
Минимальная температура 70,60С
Максимальная температура 74,70С

Температурное поле основания радиатора для группы 3
Минимальная температура 73,40С
Максимальная температура 80,50С

Результаты расчета