CN106525475A - 一种热评估系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种热评估系统。具体包括：热评估板，具有相同的三端稳压管A和三端稳压管B，所述三端稳压管A安装了散热器，所述热评估板用于检测三端稳压管A和三端稳压管B工作状态的电流、电压和温度以及检测环境温度，并将检测数据发送给计算机系统或者单片机；计算机系统或者单片机，用于处理热评估板发送的数据，建立热评估工程函数；接口板，用于计算机系统或者单片机和热评估板之间的数据传输和电平转换。本发明还公布了上述热评估系统的热评估方法，直接通过热评估工程函数关系式对相关要素进行计算和确定，避免了繁琐的试验摸底环节，提高了效率，节约了成本，并且确保了热设计方案的成功率。

Description

一种热评估系统及方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种热评估系统及方法。
背景技术
在无线电通信研究领域，由于大功率发射电路设计所带来的散热问题，一直是困扰设计人员的一个难题，尤其是机载通信产品领域，这个问题显得特别突出。
对于此类问题，在以往的散热设计思路中，由于结构尺寸方面的要求较为宽松，因此可以采取粗放式的散热设计方案，即散热器的结构尺寸远远大于热源的散热需求。这种方式对热源的识别与分析，散热器的计算与论证以及散热效果的评估等方面的要求都不太高，所以，根据一般经验或者常识就可能使问题得到解决。但是，随着产品向高集成度和小型化发展，产品所面临的体积和重量要求越来越高，在这种情况下，传统粗放式的散热设计理念势必遭遇挑战，并且很可能陷入两难境地:满足了散热要求，就无法满足体积或者重量的要求；而满足了体积和重量要求又无法满足散热要求；或者，在散热要求与体积、重量指标之间反复进行试验验证，从而导致研制成本大幅度增加，以及研制周期严重拖延。
对于上述问题，其根本矛盾在于热功率与散热器之间的平衡与匹配关系，而要解决这一矛盾，就必须先解决以下三个方面的问题:
第一,识别热源及热传输路径温差；
第二,清楚散热器材料导热系数；
第三,掌握散热功率与散热器重量和结构尺寸、材料导热系数，以及环境温度之间的函数关系。
但是，凭借传统的热设计理念和工程手段，根本无法解决，或者无法系统地解决上述三个方面的问题，因此也就不能有效解决散热设计所面临的根本矛盾。这正是传统热设计理念所存在的最大瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种热评估系统及方法。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种热评估系统，具体包括：
热评估板，具有三端稳压管A和三端稳压管B，所述三端稳压管A和三端稳压管B相同，所述三端稳压管A安装了散热器，所述热评估板用于检测三端稳压管A和三端稳压管B的工作电流、工作电压和工作温度以及检测环境温度，并将检测数据发送给计算机系统或者单片机；
计算机系统或者单片机，用于处理热评估板发送的数据，建立热评估工程函数；
接口板，用于计算机系统或者单片机和热评估板之间的数据传输和电平转换。
进一步的，所述热评估板包括热评估电路A、热评估电路B和测试接口，所述热评估电路A包括数字温度传感器A、三端稳压管A、电流检测电路A、电压检测电路A、A/D转换器AA和A/D转换器AB，所述数字温度传感器A连接三端稳压管A，所述三端稳压管A分别连接了电流检测电路A和电压检测电路A，所述电流检测电路A连接了A/D转换器AA，所述电压检测电路A连接了A/D转换器AB；所述热评估电路B包括数字温度传感器B、三端稳压管B、电流检测电路B、电压检测电路B、A/D转换器BA和A/D转换器BB，所述数字温度传感器B连接三端稳压管B，所述三端稳压管B分别连接了电流检测电路B和电压检测电路B，所述电流检测电路B连接了A/D转换器BA，所述电压检测电路B连接了A/D转换器BB；所述A/D转换器AA、A/D转换器AB、A/D转换器BA和A/D转换器BB均连接测试接口；工作状态时调节三端稳压管A的功率输出幅度，使得三端稳压管A和三端稳压管B的工作温度相同。
进一步的，所述测试接口包括分别连接A/D转换器AA、A/D转换器AB、A/D转换器BA和A/D转换器BB的电流数据接口A、电压数据接口A、电流数据接口B和电压数据接口B。
进一步的，所述热评估板还包括与数字温度传感器A和数字温度传感器B并联的温度传感器C，用于检测环境温度。
进一步的，所述计算机系统或者单片机建立的热评估工程函数为：其中P为热功率，单位为W；S为散热器表面积，单位为cm2；M为散热器重量，单位为g；T0为环境温度,单位为℃；T1为工作温度，单位为℃；λ—导热系数，单位为W/(m·℃)；δ为工程修正参数，单位为g；K为修正系数。
进一步的，所述接口板包括输入接口、电平转换电路和输出接口，所述输入接口具有分别与电流数据接口A、电压数据接口A、电流数据接口B和电压数据接口B对应的接口，以及分别与数字温度传感器A、数字温度传感器B和数字温度传感器C对应的接口。
本发明还公开了一种热评估方法，具体包括以下步骤:步骤一、设置相同的三端稳压管A和三端稳压管B，并给三端稳压管A安装散热器；步骤二、调节三端稳压管A的热功率输出幅度，保持三端稳压管A和三端稳压管B温度相同，获取此时的工作温度T1和热功率P；步骤三、建立热评估工程函数其中P为热功率，单位为W；S为散热器表面积，单位为cm2；M为散热器重量，单位为g；T0为环境温度,单位为℃；T1为工作温度，单位为℃；λ—导热系数，单位为W/(m·℃)；δ为工程修正参数，单位为g；K为修正系数；步骤四、测量散热器获得散热器表面积S、散热器重量M及环境温度T0，并根据散热器材料规格查询导热系数λ，可以求得修正系数K；步骤五、根据热评估工程函数，获取已知散热器的热功率p与工作温度T1的关系。
进一步的，上述热评估方法中步骤五还可以用以下过程代替：设定热功率P的消耗需求以及能承受的工作温度T1，对散热器的表面积、重量和材料进行设计。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：可以将散热需求与散热设计两者之间的关系实施工程量化，并直接通过热评估工程函数关系式对相关要素进行计算和确定，避免了繁琐的试验摸底环节，提高了效率，节约了成本，并且确保了热设计方案的成功率。
具体实施方式
下面结对本发明做进一步描述。
一种热评估系统，具体包括：
热评估板，具有三端稳压管A和三端稳压管B，所述三端稳压管A和三端稳压管B相同，所述三端稳压管A安装了散热器，所述热评估板用于检测三端稳压管A和三端稳压管B的工作电流、工作电压和工作温度以及检测环境温度，并将检测数据发送给计算机系统或者单片机；
计算机系统或者单片机，用于处理热评估板发送的数据，建立热评估工程函数；
接口板，用于计算机系统或者单片机和热评估板之间的数据传输和电平转换。
所述热评估板包括热评估电路A、热评估电路B和测试接口，所述热评估电路A包括数字温度传感器A、三端稳压管A、电流检测电路A、电压检测电路A、A/D转换器AA和A/D转换器AB，所述数字温度传感器A连接三端稳压管A，所述三端稳压管A分别连接了电流检测电路A和电压检测电路A，所述电流检测电路A连接了A/D转换器AA，所述电压检测电路A连接了A/D转换器AB；所述热评估电路B包括数字温度传感器B、三端稳压管B、电流检测电路B、电压检测电路B、A/D转换器BA和A/D转换器BB，所述数字温度传感器B连接三端稳压管B，所述三端稳压管B分别连接了电流检测电路B和电压检测电路B，所述电流检测电路B连接了A/D转换器BA，所述电压检测电路B连接了A/D转换器BB；所述A/D转换器AA、A/D转换器AB、A/D转换器BA和A/D转换器BB均连接测试接口；工作状态时调节三端稳压管A的功率输出幅度，使得三端稳压管A和三端稳压管B的工作温度相同。三端稳压管A中热功率由电路自身和散热器共同消耗，三端稳压管B中热功率仅由电路本身消耗。调节三端稳压管A的热功率输出幅度，使得三端稳压管A和三端稳压管B的工作温度T1相同，再根据检测得到的三端稳压管A和三端稳压管B的工作电压和工作电流，就可以计算得到散热器的热功率P。
所述测试接口包括分别连接A/D转换器AA、A/D转换器AB、A/D转换器BA和A/D转换器BB的电流数据接口A、电压数据接口A、电流数据接口B和电压数据接口B。通过测试接口可以将三端稳压管A和三端稳压管B的工作电压和工作电流通过接口板发送给计算机系统或者单片机。
所述热评估板还包括与数字温度传感器A和数字温度传感器B并联的温度传感器C，温度传感器C用于检测环境温度。
所述计算机系统或者单片机建立的热评估工程函数为：其中P为热功率，单位为W；S为散热器表面积，单位为cm2；M为散热器重量，单位为g；T0为环境温度,单位为℃；T1为工作温度，单位为℃；λ为导热系数，单位为W/(m·℃)；δ为工程修正参数，单位为g；K为修正系数。
所述接口板包括输入接口、电平转换电路和输出接口，所述输入接口具有分别与电流数据接口A、电压数据接口A、电流数据接口B和电压数据接口B对应的接口，以及分别与数字温度传感器A、数字温度传感器B和数字温度传感器C对应的接口。
本发明还公开了上述热评估系统的热评估方法，具体包括以下步骤:步骤一、设置相同的三端稳压管A和三端稳压管B，并给三端稳压管A安装散热器；步骤二、调节三端稳压管A的热功率输出幅度，保持三端稳压管A和三端稳压管B温度相同，获取此时的工作温度T1和热功率P；步骤三、建立热评估工程函数其中P为热功率，单位为W；S为散热器表面积，单位为cm2；M为散热器重量，单位为g；T0为环境温度,单位为℃；T1为工作温度，单位为℃；λ—导热系数，单位为W/(m·℃)；δ为工程修正参数，单位为g；K为修正系数；步骤四、测量散热器获得散热器表面积S、散热器重量M及环境温度T0，并根据散热器材料规格查询导热系数λ，可以求得修正系数K；步骤五、根据热评估工程函数，获取已知散热器的热功率p与工作温度T1的关系。计算获取得到修正系数K之后，选定需要估算的散热器，因为散热器已知，就可以测量散热器表面积S、散热器重量M，根据散热器材料得到散热器导热系数λ，就可以根据热评估工程函数得到获取该散热器的热功率p与工作温度T1的关系，评估散热器的散热效果。
上述热评估方法中步骤五还可以用以下过程代替：设定热功率P的消耗需求以及能承受的工作温度T1，对散热器的表面积、重量和材料进行设计。获取得到修正系数K之后，根据系统的散热所需具有已知的热功率消耗需求P和能承受的工作温度T1，就可以得到散热器表面积S、散热器重量和散热器导热系数λ的关系，设定散热器表面积S、散热器重量和散热器导热系数λ中两个已知参数，就可以获取符合要求的另一个参数。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种热评估系统，其特征在于，具体包括：
热评估板，具有三端稳压管A和三端稳压管B，所述三端稳压管A和三端稳压管B相同，所述三端稳压管A安装了散热器，所述热评估板用于检测三端稳压管A和三端稳压管B工作状态的电流、电压和温度以及检测环境温度，并将检测数据发送给计算机系统或者单片机；
计算机系统或者单片机，用于处理热评估板发送的数据，建立热评估工程函数；
接口板，用于计算机系统或者单片机和热评估板之间的数据传输和电平转换。
2.如权利要求1所述的热评估系统，其特征在于，所述热评估板包括热评估电路A、热评估电路B和测试接口，所述热评估电路A包括数字温度传感器A、三端稳压管A、电流检测电路A、电压检测电路A、A/D转换器AA和A/D转换器AB，所述数字温度传感器A连接三端稳压管A，所述三端稳压管A分别连接了电流检测电路A和电压检测电路A，所述电流检测电路A连接了A/D转换器AA，所述电压检测电路A连接了A/D转换器AB；所述热评估电路B包括数字温度传感器B、三端稳压管B、电流检测电路B、电压检测电路B、A/D转换器BA和A/D转换器BB，所述数字温度传感器B连接三端稳压管B，所述三端稳压管B分别连接了电流检测电路B和电压检测电路B，所述电流检测电路B连接了A/D转换器BA，所述电压检测电路B连接了A/D转换器BB；所述A/D转换器AA、A/D转换器AB、A/D转换器BA和A/D转换器BB均连接测试接口；工作状态时调节三端稳压管A的功率输出幅度，使得三端稳压管A和三端稳压管B的工作温度相同。
3.如权利要求2所述的热评估系统，其特征在于，所述测试接口包括分别连接A/D转换器AA、A/D转换器AB、A/D转换器BA和A/D转换器BB的电流数据接口A、电压数据接口A、电流数据接口B和电压数据接口B。
4.如权利要求3所述的热评估系统，其特征在于，所述热评估板还包括与数字温度传感器A和数字温度传感器B并联的温度传感器C，用于检测环境温度。
5.如权利要求4所述的热评估系统，其特征在于，所述计算机系统或者单片机建立的热评估工程函数为：其中P为热功率，单位为W；S为散热器表面积，单位为cm2；M为散热器重量，单位为g；T0为环境温度,单位为℃；T1为工作温度，单位为℃；λ—导热系数，单位为W/(m·℃)；δ为工程修正参数，单位为g；K为修正系数。
6.如权利要求5所述的热评估系统，其特征在于，所述接口板包括输入接口、电平转换电路和输出接口，所述输入接口具有分别与电流数据接口A、电压数据接口A、电流数据接口B和电压数据接口B对应的接口，以及分别与数字温度传感器A、数字温度传感器B和数字温度传感器C对应的接口。
7.如权利要求1所述的热评估系统的热评估方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一、设置相同的三端稳压管A和三端稳压管B，并给三端稳压管A安装散热器；步骤二、调节三端稳压管A的热功率输出幅度，保持三端稳压管A和三端稳压管B温度相同，获取此时的工作温度T1和热功率P；步骤三、建立热评估工程函数其中P为热功率，单位为W；S为散热器表面积，单位为cm2；M为散热器重量，单位为g；T0为环境温度,单位为℃；T1为工作温度，单位为℃；λ—导热系数，单位为W/(m·℃)；δ为工程修正参数，单位为g；K为修正系数；步骤四、测量散热器获得散热器表面积S、散热器重量M及环境温度T0，并根据散热器材料规格查询导热系数λ，可以求得修正系数K；步骤五、根据热评估工程函数，获取已知散热器的热功率p与工作温度T1的关系。
8.如权利要求7所述的热评估系统的热评估方法，其特征在于，上述热评估方法中步骤五还可以用以下过程代替：设定热功率P的消耗需求以及能承受的工作温度T1，对散热器的表面积、重量和材料进行设计。
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