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采用FloTHERM XT进行蠕动泵电子器件热设计

日期:2019-09-25

Watson-Marlow是一家生产一系列化学计量泵的流体技术集团。 由于具有精确的流量和在处理磨蚀性或腐蚀性流体时显著降低的维护成本,其Qdos泵被指定用于替代隔膜泵和其他计量泵。这些泵及其技术的成功使它们成为坚固耐用应用的理想选择。

 
 

外部部署Qdos泵的要求带来了一些新的设计复杂性。所有Watson-Marlow泵均为电源供电,电源供电为48V 200W内开关模式电源(SMPSU),必须更换为12/24V直流输入电源。原始的电源受到SMPSU电源占用面积的限制, SMPSU的初始散热器设计旨在确保电源组件在达到目标90%效率所需的输出功率和输入电流下保持足够的冷却,从而产生20W的热负载。泵壳采用玻璃负载塑料结构而并非是最佳的冷却方式,并且还包含无刷直流电动机,该电动机在最高环境温度为40°C时表面温度在70°C至90°C之间。最初的散热器设计看起来很合理,但是如果不制造昂贵的机械原型就无法进行评估。结合先前使用FloTHERM以及PADS PCB设计软件的经验,表明FloTHERM XT for PADS将是评估散热器设计的最佳工具。1.png

图1.由IC Blue评估的Watson-Marlow原始设计

 

 

Watson-Marlow与Mentor商业伙伴IC Blue合作,使用FloTHERM XT for PADS对原始设计进行了评估,发现散热片效果不佳,部件上温度过高,而且制造成本高得令人望而却步。基于IC Blue成功的评估工作,Watson-Marlow做出了采购FloTHERM XT for PADS的商业决定,供自己的开发团队使用。使用两个30mm风扇和标准的散热片挤压件实现了完全重新设计的散热片,直流电源满足了成本和尺寸目标,并且与原始的开关模式电源相匹配,如图2所示。

 
 

图2.双风扇挤压式散热器设计,显示了从PADS导入的PCB的复杂性

 

在整个开发工作中,Watson-Marlow能够以平稳高效的方式直接将PADS(图3)中的元件放置、电路板设计和电源数据导入FloTHERM XT。其结果是,FloTHERM XT仿真与PCB布局和电路设计完全同步,没有散热风险。Watson-Marlow还使用PTC Creo进行机械设计,并能够将Creo几何图形直接读取到PADS的FloTHERM XT中,从而可以直接整合其他散热器设计,而无需进行修改或进一步简化。


 

在整个开发工作中,Watson-Marlow能够以平稳高效的方式直接将PADS(图3)中的元件放置、电路板设计和电源数据导入FloTHERM XT。其结果是,FloTHERM XT仿真与PCB布局和电路设计完全同步,没有散热风险。Watson-Marlow还使用PTC Creo进行机械设计,并能够将Creo几何图形直接读取到PADS的FloTHERM XT中,从而可以直接整合其他散热器设计,而无需进行修改或进一步简化。

 
 
 

 
 

图3. PADS的PCB组件布局图

 

通过此工作流程,Watson-Marlow使用FloTHERM XT for PADS进行了许多进一步的研究,将散热片重新设计为可以铸造的形式,从而节省了挤压件的成本。他们还能够优化通过铸模散热器的气流路径,以达到与上述双风扇设计相同的冷却性能,但使用一个30mm的风扇可以进一步节省成本。图4显示了所研究的许多变量中的两个,表明了排风机的气流和沿着散热器翅片的传递之间的相互作用的复杂程度。

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图4. Watson Marlow评估的铸造散热器的初步设计

 

该项目的成功使Watson-Marlow能够生产出高效且有效供电的直流计量泵,还开辟了新的市场,例如,在市电不可用的远程应用的太阳能泵中。此应用的示例是偏远地区的废水处理厂,或直接部署到PLC-BUS中以用于工厂自动化应用。

 

 

 

 

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