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智能家居终端散热改良实例

发布时间:2018-11-24 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    智能家居终端散热改良实例作者: 金杰   摘要:随着技能发展和新应用的出现,近年来的国际消费电子展中,智能电子产品是未来几年消费电子产品发展的主流趋势,其中智能互联产品是重中之重,例如家电及相关行业均以打造互联的智能家居、“智慧生活”为指标。智能家居终端同时应运而生,通过终端一机抑制整个智能家居环境,方便,快捷。随着智能家居类别与数量的激增,智能家居终端的本能要求愈加苛刻,更随着国内经济的发展,家庭居住面积日益增加,对智能家居终端的覆盖范围要求与日俱增。随本能与覆盖面积同步而来的是终端本身产生的热量,在高温下,电子产品的稳定性与寿命大幅降落,研讨分析电子产品的散热就很有必要了。
  关键词:智能家居终端;散热;风冷
  1研讨意义
  随着技能发展和新应用的出现,近年来的国际消费电子展中,智能电子产品是未来几年消费电子产品发展的主流趋势,其中智能互联产品是重中之重,例如家电及相关行业均以打造互联的智能家居、“智慧生活”为指标。智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技能、网络通讯技能、智能家居系统设计方案平安防范技能、自动抑制技能、音视频技能将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程工作的管理系统,提升家居平安性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。智能家居一般通过物联网技能将家中的各种设备连接到一同,提供家电抑制、照明抑制、窗帘抑制、电话远程抑制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通抑制、红外转发以及可编程定时抑制等多种功能和手段。与普通家居相比,智能家居不但具有传统的居住功能,兼备建筑、网络通讯、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、平安、便利、环保的居住环境,提供全方位的信息交互功能。帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的平安性,甚至为各种能源费用节约资金,智能家居是以住宅为平台,利用�C合布线技能、网络通讯技能、平安防范技能、自动抑制技能、音视频技能将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程工作的管理系统,提升家居平安性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
  智能家居终端同时应运而生,通过终端一机抑制整个智能家居环境,方便,快捷。随着智能家居类别与数量的激增,智能家居终端的本能要求愈加苛刻。随着国内经济的发展,家庭居住面积日益增加,对智能家居终端的覆盖范围要求与日俱增。随本能与覆盖面积同步而来的是终端本身产生的热量,在高温下,电子产品的稳定性与寿命大幅降落,研讨分析电子产品的散热就很有必要了。
  2小电子产品常见散热结构
  高温对电子产品主要有以下的影响:绝缘本能退化,元器件损坏,材料的热老化,低熔点焊缝开裂,焊点脱落。温度对元器件的影响:一般而言,温度升高电阻阻值降低;高温会降低电容器的使用寿命;高温会使变压器、扼流圈绝缘材料的本能降落,温度过高还会造成焊点合金结构的变化,焊点变脆,机械强度降低;结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加,导致集电极电流增加,又使结温进一步升高,最后导致元件失效。
  最常见的散热方式为风冷和水冷,随着电子设备的体积趋于微型化,系统趋于复杂化,高热密度成了一股不可抗拒的发展趋势。为了适应高热密度的需求,风扇、散热器等传统的散热手段不时推陈出新,智能家居终端是一种细小的抑制设备,水冷需要更多的空间,并与外部连接。本文以智能家居终端为实例,针对风冷进行研讨分析。
  风冷,即用空气作为媒介冷却需要冷却的物体,其散热方式成本低,可靠性高。常常是加大需要冷却的物体的表面积,即增加热辐射面积,或者是加快单位时间内空气流过物体的速率,或是两种方法共用。两种共用是现今最多选取的风冷散热方式。目前风冷散热器的研讨热点是将热管与散热器翅片集成在一同,利用热管的高传热能力,将热量均匀地传输到散热片翅片表面,提高翅片表面温度的均匀性,进而提高其散热效率。
  3智能家居终端散热改良实例
  此智能家居终端选取的是三角形外观设计,很具偶尔尚感。在此外观下,为达成产品要求,就有很大的考验。
  智能家居终端首先的散热方案如下,
  智能家居终端散热结构的设计思绪是总体以满足热流向上的规律。底部设计两处进风口,顶部设计一处出风口,在温度最高的信号芯片部位,设置散热片与风扇,通过散热片将热量分散,再由风扇转动造成的气流将热流吹走,循环此过程以达到散热的效果。
  测试中发现散热效果未达到预期,实际的气流方向未按照设计方向行径,因为三角形内腔的特殊构造,气流从底部向顶部出风口流动时,局部热气流被三角形内壁反射,向下流动,于是在终端内腔变成一个热气流的内循环,如下图所示,从而不时加热元器件,造成智能终端本能低下。
  在智能家居终端的设计中,外观是很重要的一局部,家居产品的外观是消费者使用的主要因素之一。终端的进风口及出风口均选取隐蔽设计,并且终端零件的模具均已完成,在无法大幅批改终端结构的局势下,在风扇的出风处增加风道,将风扇吹出的气流直接指引至腔体外,防止热流的内循环,新增出风口依旧为隐蔽型设计,并将顶部出风口批改为进风口。
  改善后,智能家居终端内部温度较改善前,降落20℃之多,终端的本能与稳定性显著提高,改善效果显著。
  智能家居终端内部总体散热得到改善,然而在部分,功率最高的芯片温度依旧居高不下。此芯片位于风扇下方,设计之初即考虑此处为散热效果最好的位置。此芯片是信号芯片,为保证其正常事务,不受干扰,选取屏蔽罩遮蔽。此芯片散热体系为,芯片一散热硅片一屏蔽罩一散热硅片一散热片一风扇,逐一进行分析。芯片、屏蔽罩、散热片的完全贴合由散热硅片保证,如散热硅片未贴合平整,热传导面积小,会导致散热本能低下。散热片为纯铜件,纯铜是仅次于银的高热传导系数材料,散热片通过增加表面积加速热量的散发,表面的清洁以确保散热效果。此系统从装配到零件,均满足设计要求。经过分析,最后原因为芯片与散热片之间过多的层数,导致热传导效率的低下。芯片-散热硅片-屏蔽罩-散热硅片-散热片,芯片与散热片之前有两层散热硅片,一层屏蔽罩。屏蔽罩选取不锈钢材,且不可去除,不锈钢是一种导热率极低的金属,大幅影响热传导效率,散热硅片虽然有较高的导热率,然而层数多导致厚度较厚,使热传导效率进一步的降落。
  4经验归纳
  随着科技的飞速发展,消费电子产品的日新月异,越来越多的家庭会使用智能家居终端。制约消费电子产品的主要问题便是散热,尤其在产品日益重视轻薄化的大环境下。更好地研讨散热问题便是对电子产品的发展提供有利的保障,风冷是大多数消费电子产品选取的散热方式,气流是风冷最重要的元素,从上述例子能够看出,风冷不但是设计风,而是设计整个风冷的体系才能达到理想的效果。
  风冷萨热的核心是散热片紧密接触热源(芯片),芯片的热量传导至散热片上,再由风扇产生的气流将热量带走,如此循环。主要因素如下:
  4.1散热片
  包括材质与表面处理。市面上最常见的散热片材料为铝合金,铝合金的导热率并不是最好的,其广泛应用是因为价格与加工具有很大的优势。从导热率看,银是最佳材料,其次是铜,价格相对铝合金都高很多。散热片的表面处理多为防止散热片氧化,降低散热本能,但其实表面处理多为镀层及预氧化,也会降低一小局部散热本能,在成本允许情况下,能够使用无氧铜作为散热片的材质,其较高的导热率与不易氧化的特性符合散热要求较高的环境。
  4.2风扇
  单有一个好的散热片,而不加风扇,表面积再大,其散热效率也不会很高,因为无法对空气进行完全的流通。风扇,转速越高,风量越大,空气的流通越快,散热效果越好。但同时,转速与风扇寿命、噪音成反比,转速越快,寿命越短,噪音越高。由于现今电子产品的更新换代速度极快,寿命基本满足要求,然而对于噪音,在产品设计中是需要重视的,尤其是智能家居产品,放置于家庭的智能家居,没有一个消费者会接受在夜晚,受到噪音的侵袭。
  4.3散热硅脂/散热硅片
  如何将芯片的热量尽可能多地传导至散热片,便是散热硅脂/硅片的作用。散热硅脂硅片能够填充芯片与散热片之间的间隙,将两者的接触面积最大化,有效化。散热硅脂硅片的采用方针和散热片相同,在兼顾成本的同时,导热率越高越好,热阻越小越好。
  设计一个本能良好的风冷结构,必须综合考虑各方面的因素,使其既能满足温度抑制的要求,又能达到电气本能目标,类似上述实例中的屏蔽本能,所用的成本最小、结构紧凑、事务可靠、组装简易。而这样一个风冷结构,一系列的技能方案论证和试验必不可少。
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