X射线高压电源逆变模块热场分析及散热优化

论文摘要

X射线在医学诊断、工业无损探测、安全检查等领域应用广泛。X射线高压电源作为X射线发生器的核心器件,主要用于提供产生X射线时所需的加速电场,它正逐步向高频化、高功率密度、体积小型化、高可靠性的方向发展。在电源产热增加,体积减小的发展趋势下,热量更容易在装置中积聚,使得元器件的工作环境温度升高,可靠性下降,因此对X射线高压电源进行热设计具有十分重要的意义。本文利用有限元软件Icepak对X射线高压电源中发热量大的逆变模块进行热分析,本论文所做的工作如下:根据本项目中高压电源大功率、高频、小体积的特点,采用全桥LLC谐振电路作为X射线高压电源的主回路拓扑,以实现功率开关管的零电压开通,减小逆变部分的热功耗,然后根据高压电源的主要技术指标对逆变谐振电路进行参数设计和电路仿真。根据相关传热理论,利用Icepak对一个散热模型进行温度仿真,分析实际模型并对其进行简化,求解得到了与实际测量结果较为一致的模型的三维温度分布云图。说明了在热仿真分析过程中,模型简化、网格划分、边界条件设置的合理性以及采用该热分析方法进行后文散热器热特性仿真研究的可行性。根据电路工作原理及元器件工作时的电参数,计算逆变模块中主要发热器件MOS管的功耗,首先根据器件功耗初步拟选出满足单个MOS管散热要求的翅片型散热器,其次利用ANSYS Icepak模块模拟仿真在强迫风冷时,单个热源下翅片型散热器随基板厚度、齿高、齿厚、齿数变化时的散热性能,选择最佳散热器尺寸参数及应用参数;对逆变部分功率器件进行合理的布局,得到四个热源同时存在时,热源间距对散热器散热性能的影响情况;并设计一款正六边形蜂窝式散热器结构进一步降低器件上的工作温度。本文通过对X射线高压电源的逆变模块进行热设计,降低了电源内部电子器件的工作温度,对于提高器件工作可靠性具有一定的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 X射线高压电源的应用
•   1.2 X射线高压电源的发展趋势
•   1.3 X射线高压电源的热设计
•     1.3.1 热设计的国内外研究现状
•     1.3.2 热分析方法概述
•   1.4 课题来源及研究内容
•     1.4.1 课题来源
•     1.4.2 主要研究内容
• 2 逆变模块电路分析与设计
•   2.1 电路拓扑的选择
•   2.2 LLC逆变谐振电路工作原理
•   2.3 LLC谐振电路设计与关键器件选型
•     2.3.1 电路参数设计
•     2.3.2 功率开关管选型
•   2.4 电路仿真及结果
•   2.5 本章小结
• 3 简单散热模型热特性分析
•   3.1 传热学理论基础
•   3.2 热仿真软件Icepak
•   3.3 简单散热模型温度场仿真
•     3.3.1 模型建立
•     3.3.2 网格划分
•     3.3.3 求解设置
•     3.3.4 结果分析
•   3.4 本章小结
• 4 逆变部分散热设计
•   4.1 逆变模块模型
•     4.1.1 散热路径分析
•     4.1.2 功耗计算
•     4.1.3 初选散热器
•     4.1.4 Icepak边界条件与求解设置
•   4.2 散热器尺寸参数及应用参数优化
•     4.2.1 基板优化
•     4.2.2 翅片数优化
•     4.2.3 翅片高度优化
•     4.2.4 应用参数优化
•   4.3 逆变部分功率器件的布局优化
•   4.4 散热器结构优化设计
•   4.5 本章小结
• 5 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙柯

导师: 朱凌建,吕晓鹏

关键词: 射线高压电源,逆变模块,热分析,热设计

来源: 西安理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,电力工业,电信技术

单位: 西安理工大学

基金: “国家重大科学仪器设备开发专项——X射线高压电源”(2017YFF0104403)

分类号: TN86;O434.1

总页数: 59

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