产品热设计研发流程——需求分析

任何方案的设计都需要基于特定的需求,热设计也是如此。热设计工程师制定相关方案,在项目立项阶段需要确定的需求信息包括但不限于以下方面:

  • 产品的应用场景;
  • 产品的既定尺寸;
  • 产品的既定功耗;
  • 产品期望的散热方式;
  • 产品期望的寿命要求;
  • 产品的成本和性能需求平衡;
  • 产品需要通过的安全测试;
  • 产品应当符合的工业标准。

需求信息的收集是后续所有工作行进的基础。热设计工程师需要根据产品的具体需求,通过经验公式的换算,或概要性的热流仿真,提出相关初步方案。需求分析的关键是快速高效。设计者必须在短时间内提供大体的设计思路,便于项目组在研发初期根据产品散热需求而做出相应调整。

例如,设计一款室外基站,当应用场景不同时,设计的难点可能完全不一样。当产品应用在南北极时,环境温度在-70℃~-20℃,器件的热控制可能相当容易,但低温启动成为就最大的难题,产品内部需要预留合理的空间用以设计加热设备,在特定条件下实现对相关的器件进行加热,保证产品的正常冷启动;当产品应用在中东的沙漠地带时,户外温度最高可以达到近70℃,全年都在35℃以上,冷启动完全不是问题,而器件的超温问题则成为关键的难点。

又如,产品设计初期定义的功耗是90 W,而产品大小为200 mm * 200 mm * 45mm。通过简单的核算,此产品的功率密度达到~50 W/L,明显超过了自然散热的范畴(<~25W/L)。这时,在需求分析阶段就必须告知项目成员,此产品需要使用强制风冷设计。这一评估结果给项目组其它成员带来的影响有:

  1. 估算产品设计成本,进行产品定价:
  2. 硬件工程师设计阶段预留风扇接口;
  3. 软件工程师考虑风扇控速策略的执行;
  4. 工业设计工程师考虑进出风口的外观兼容;
  5. 测试工程师增加噪音、防尘、风扇调速验证测试;
  6. 结构工程师的减震、防水、防尘设计。

从上面的影响可以看出,如果需求分析阶段无法给出合理的预估,产品按照自然散热的思路进行的话,那么到样机测试时会发现温度问题无法解决(或者需要使用极高的成本才能解决),项目组必须将上述六项影响考虑在内,然后对产品进行重新设计。显然,这将浪费大量的物力人力,而且对于产品的交付周期会产生非常直接甚至不可挽回的负面影响。

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