一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统

1.本发明属于航天器热控技术领域，具体是一种适用于紧凑型焦面电箱多电路板器件的兼具散热与保温功能的综合系统。


背景技术：

2.随着小型空间相机被广泛应用，焦面电箱也向着紧凑型发展，多块电路板挤在一个狭小的空间内，且每块电路板上集成多个电子元器件，器件工作时会在短时间内积累大量的热量，如果这些热量无法及时散掉，器件的温度就会超过ⅰ级降额。器件一般为间歇性工作，一个轨道周期内的非工作时间要远大于工作时间，器件不工作时热耗接近为0，如果不采取有效的保温措施，器件的温度就会低于存储要求。器件的温度过高或过低均对其性能和使用寿命产生影响。传统的方法是将焦面电箱的散热和保温两个问题分开解决的，散热方法一般是通过给每块电路板上的大功率电子元器件单独设置导热条的方式将热量导到散热面进行散热，在热量到达散热面之前各电路板的导热路径互不干涉；保温方法一般是直接在焦面电箱本体上粘贴聚酰亚胺薄膜型电加热器进行加热。
3.一般来说紧凑型焦面电箱的空间尺寸都比较小，但是却集中排布3块以上的电路板，每个电路板上布满了不同尺寸的电子元器件，分布在不同电路板上的器件之间的距离甚至不足1mm，所以如果将焦面电箱的散热和保温两个问题分开解决，势必要占用较大空间和功耗资源，这对于紧凑型焦面电箱来说是难以承受的。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，该系统综合考虑器件的散热和保温，针对紧凑型焦面电箱，利用有限的空间和功耗资源将器件温度控制在合理范围内。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是：
6.一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，包括导热板、l型导热条、-y侧导热桥、+y侧导热桥、聚酰亚胺薄膜型电加热器、热敏电阻主份、热敏电阻备份、遮挡片和半包围式框架；
7.导热板横穿焦面电箱内正面相对的pcb板之间的间隙后，四周通过螺钉安装在焦面电箱内部的框架上，并且导热板的厚度是不均匀的；
8.l型导热条的一端与导热板导热安装，安装界面涂抹导热填料，另一端与安装于pcb板背面的大功率电子元器件之间通过绝缘导热垫导热安装；
[0009]-y侧导热桥的一端与-y侧焦面电箱散热面导热安装，另一端与导热板导热安装，且各安装界面涂抹导热填料；
[0010]
+y侧导热桥的一端与+y侧焦面电箱散热面导热安装，另一端与导热板导热安装，且各安装界面涂抹导热填料；
[0011]
焦面电箱置于半包围式框架内，且-y侧焦面电箱散热面、+y侧焦面电箱散热面分
别与半包围式框架的两个开口相对，每一个开口都通过螺钉安装有用于遮挡焦面电箱和半包围式框架之间缝隙的遮挡片，遮挡片和半包围式框架的外表面包覆多层隔热组件；
[0012]
聚酰亚胺薄膜型电加热器通过gd414c硅橡胶粘贴在半包围式框架的外表面，并且采用闭环控温方式，以热敏电阻主份为测温点，当热敏电阻主份损坏时启用热敏电阻备份；
[0013]
半包围式框架的内表面和焦面电箱的外壳表面做黑色阳极氧化处理，焦面电箱的+y侧焦面电箱散热面和-y侧焦面电箱本体散热面喷涂无机白漆。
[0014]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果主要体现在以下几个方面：
[0015]
(1)本发明通过导热板、导热条和导热桥搭建的一体式导热通道，使多块电路板上的大功率电子元器件进行组合导热，大大减少了空间的占用，解决了多电路板器件由于空间狭小紧凑而导致的导热难的问题；
[0016]
(2)本发明通过半包围式框架、遮挡片等构成的辐射保温装置，在低温工况下主要起到保温的作用，将聚酰亚胺薄膜型电加热器粘贴在半包围式框架上，此时经电加热器直接加热的框架温度高于焦面电箱的温度，框架的热量通过辐射的方式传给焦面电箱外壳，再经一体式导热通道传给器件，最终使器件达到保温的效果，解决了紧凑型焦面电箱自身因无法直接粘贴电加热器而导致的保温难的问题；
[0017]
(3)本发明的辐射保温装置，在高温工况还起到辅助散热的作用，此时半包围式框架温度低于焦面电箱的温度，器件的热量经一体式导热通道传到了电箱外壳，大部分热量通过散热面发散到了冷黑空间，还有少部分热量通过辐射的方式传给了框架。
附图说明
[0018]
图1为焦面电箱内的三块电路板及其上面的大功率电子元器件主视图；
[0019]
图2为焦面电箱内的三块电路板及其上面的大功率电子元器件侧视图；
[0020]
图3为本发明实施例中一体式导热通道的正面示意图；
[0021]
图4为本发明实施例中一体式导热通道的背面示意图；
[0022]
图5为焦面电箱辐射保温装置示意图。
[0023]
附图标记说明：
[0024]
1——pcb1板；2——pcb3板；3——pcb2板；4——大功率电子元器件a2；5——大功率电子元器件b1；6——大功率电子元器件b2；7——大功率电子元器件b3；8——大功率电子元器件a1；9——大功率电子元器件a3；10——导热板；11——+y侧焦面电箱散热面；12——-y侧焦面电箱散热面；13——l型导热条；14——-y侧导热桥；15——+y侧导热桥；16——聚酰亚胺薄膜型电加热器；17——热敏电阻主份；18——热敏电阻备份；19——遮挡片；20——半包围式框架。
具体实施方式
[0025]
下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
[0026]
焦面电箱内三块电路板及其上面的大功率电子元器件的分布如图1～图2所示，大功率电子元器件a18、a24、a39分别安装在pcb1板1、pcb2板3、pcb3板2的正面，大功率电子元器件b15、b26、b37均安装在pcb3板2的反面，pcb1板1、pcb2板3的正面和pcb3板2的正面相对，大功率电子元器件a18、a24和a39之间的间隙仅有0.8mm。
[0027]
如图3所示，本实施例提供一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，该系统包括一体式导热通道和辐射保温装置，其中一体式导热通道是在焦面电箱内给所有电路板上的大功率电子元器件搭建的一条完整的导热通道，用来对所有的大功率电子元器件进行组合导热，该一体式导热通道具体包括导热板10、l型导热条13、-y侧导热桥14和+y侧导热桥15。
[0028]
如图3所示，导热板10横穿pcb1板1、pcb2板3和pcb3板2之间的间隙后，通过螺钉安装在焦面电箱内部四周框架上。导热板10的材料为铝合金，设置在间隙为7mm的三块电路板pcb1板1、pcb2板3、pcb3板2之间，但pcb1板1、pcb2板3上的大功率电子元器件a18、a24和pcb3板2上的大功率电子元器件a39之间的间隙仅有0.8mm，大功率电子元器件a18、a24、a39附近的导热板10局部厚度仅0.6mm，大功率电子元器件a18、a24、a39与导热板10通过绝缘导热垫导热安装，导热板10其他部位的厚度随器件尺寸和数量的减少而增加，最厚达到5mm，因此整个导热板10的厚度是不均匀的，其是依据焦面电箱的空间和器件的位置而设定的。整个导热板10的设计不但满足导热需求，还符合结构支撑要求。l型导热条13的一端与导热板10导热安装，安装界面涂抹导热填料如gd414c硅橡胶，l型导热条13的另一端与pcb3板2上的大功率电子元器件b15、b26、b37之间通过绝缘导热垫导热安装。可选地，l型导热条的材料为铝合金，厚度为1mm。
[0029]
如图4所示，-y侧导热桥14的一端与-y侧焦面电箱散热面12导热安装，-y侧导热桥14的另一端与导热板10导热安装；+y侧导热桥15的一端与+y侧焦面电箱散热面11导热安装，+y侧导热桥15的另一端与导热板10导热安装；-y侧导热桥14和+y侧导热桥15的安装界面都涂抹导热填料例如gd414c硅橡胶，+y侧焦面电箱散热面11和-y侧焦面电箱本体散热面12喷涂无机白漆。导热板10、l型导热条13、+y侧导热桥15和-y侧导热桥14共同搭建了一条一体式导热通道，pcb1板1、pcb2板3和pcb3板2上的大功率电子元器件a18、a24、a39、b15、b26、b37的热量通过该导热通道导到了+y侧焦面电箱散热面11和-y侧焦面电箱散热面12，最终由散热面发散到了冷黑空间。
[0030]
如图5所示，焦面电箱辐射保温装置包括半包围式框架20、遮挡片19、聚酰亚胺薄膜型电加热器16、温度传感器(热敏电阻主份17和热敏电阻备份18)和多层隔热组件。焦面电箱置于半包围式框架20内，半包围式框架20具有两个
±
y侧相对的开口，-y侧焦面电箱散热面12、+y侧焦面电箱散热面11分别与半包围式框架20的两个开口相对，并且每一个开口都通过螺钉安装有遮挡片19，遮挡片19用来遮挡焦面电箱和框架20之间的缝隙。半包围式框架20和遮挡片19的外表面包覆20单元多层隔热组件，每一单元由一层涤纶网和一层双面镀铝聚酯膜组成，面向冷黑空间的最外层面膜为单面镀铝聚酰亚胺薄膜，多层隔热组件有效地减少了除散热面外的其他组件向冷黑空间环境漏热。
[0031]
聚酰亚胺薄膜型电加热器16利用gd414c硅橡胶粘贴在半包围式框架20外表面，半包围式框架20的顶部和两侧共设置三个加热区，每一个加热区上通过gd414c硅橡胶粘贴至少一个聚酰亚胺薄膜型电加热器16，各加热回路采用闭环控温，在选择目标温度时要综合考虑器件的散热和保温，不但要保证器件温度满足低温存储要求，还要使半包围式框架对高温工作的器件起到辅助散热的作用。聚酰亚胺薄膜型电加热器16采用闭环控温，以热敏电阻主份17为测温点，当热敏电阻主份17损坏时启用热敏电阻备份18，主份和备份不能同时使用。半包围式框架20内表面和焦面电箱外壳表面(除散热面)做黑色阳极氧化处理，低
温工况下经电加热器加热的半包围式框架20通过辐射的方式将热量传给焦面电箱外壳，再经一体式导热通道传给器件，最终使器件达到保温的效果。在高温工况下，半包围式框架20温度低于焦面电箱的温度，器件的热量经一体式导热通道传到了电箱外壳，虽然大部分热量经散热面发散到了冷黑空间，但还有少部分热量通过辐射的方式传给了半包围式框架20，此时辐射保温装置还起到了辅助散热的作用。
[0032]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0033]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，其特征在于，包括导热板(10)、l型导热条(13)、-y侧导热桥(14)、+y侧导热桥(15)、聚酰亚胺薄膜型电加热器(16)、热敏电阻主份(17)、热敏电阻备份(18)、遮挡片(19)和半包围式框架(20)；导热板(10)横穿焦面电箱内正面相对的pcb板之间的间隙后，四周通过螺钉安装在焦面电箱内部的框架上，并且导热板(10)的厚度是不均匀的；l型导热条(13)的一端与导热板(10)导热安装，安装界面涂抹导热填料，另一端与安装于pcb板背面的大功率电子元器件之间通过绝缘导热垫导热安装；-y侧导热桥(14)的一端与-y侧焦面电箱散热面(12)导热安装，另一端与导热板(10)导热安装，且各安装界面涂抹导热填料；+y侧导热桥(15)的一端与+y侧焦面电箱散热面(11)导热安装，另一端与导热板(10)导热安装，且各安装界面涂抹导热填料；焦面电箱置于半包围式框架(20)内，且-y侧焦面电箱散热面(12)、+y侧焦面电箱散热面(11)分别与半包围式框架(20)的两个开口相对，每一个开口都通过螺钉安装有用于遮挡焦面电箱和半包围式框架(20)之间缝隙的遮挡片(19)，遮挡片(19)和半包围式框架(20)的外表面包覆多层隔热组件；聚酰亚胺薄膜型电加热器(16)通过gd414c硅橡胶粘贴在半包围式框架(20)的外表面，并且采用闭环控温方式，以热敏电阻主份(17)为测温点，当热敏电阻主份(17)损坏时启用热敏电阻备份(18)；半包围式框架(20)的内表面和焦面电箱的外壳表面做黑色阳极氧化处理，焦面电箱的+y侧焦面电箱散热面(11)和-y侧焦面电箱本体散热面(12)喷涂无机白漆。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，其特征在于，半包围式框架(20)的顶部和两侧共设置三个加热区，每一个加热区上利用gd414c硅橡胶粘贴至少一个聚酰亚胺薄膜型电加热器(16)。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，其特征在于，多层隔热组件为20单元，每一单元由一层涤纶网和一层双面镀铝聚酯膜组成。4.根据权利要求1所述的一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，其特征在于，导热填料为gd414c硅橡胶。5.根据权利要求1所述的一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，其特征在于，l型导热条(13)的材料为铝合金，厚度为1mm。

技术总结
本发明涉及一种紧凑型焦面电箱多电路板器件散热保温系统，包括导热板、L型导热条、-Y侧导热桥、+Y侧导热桥、电加热器、热敏电阻、遮挡片和半包围式框架，导热板横穿PCB板之间的间隙后安装在焦面电箱内部的框架上，L型导热条的两端分别与导热板、安装于PCB板背面的器件连接；两个导热桥分别安装在导热板的两侧；焦面电箱置于半包围式框架内，由遮挡片遮挡缝隙，遮挡片和框架的外表面包覆多层隔热组件；电加热器和温度传感器粘贴在半包围式框架的外表面。本发明通过搭建的一体式导热通道使多块电路板上的大功率电子元器件进行组合导热，大大减少了空间的占用，同时利用辐射保温装置实现对焦面电箱内器件的保温效果以及辅助散热的作用。热的作用。热的作用。


技术研发人员：黄美娇 郭亮 董奎辰 黄勇 张旭升 胡日查
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/21