用FloTHERM XT进行蠕动泵的电子热设计

日期:2018-04-11

        Watson-Marlow流体技术集团生产一系列化学计量泵。由于处理磨料或腐蚀性液体时,其流率精度高且维护成本低,因此Qdos泵(含油的环烷酸钠洗渣泵)被指定用于取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耐用产品的理想选择。

        QDoS泵的应用之一是计量种子上涂的化学涂层,把泵安装在拖拉机后面的播种机上。种子处理现在已成为农业和园艺行业的普遍做法,厚液涂层可能含有生长促进剂,惰性载体或肥料,还有抗菌或抗真菌药物。

        将QDOS泵放置在外面的需求,引入了一些新的设计复杂性。 由于所有Watson-Marlow泵均为交流电源驱动,交流电源48V200W内部开关模式电源单元(SMPSU)必须更换为12/24V直流输入电源。

        原来的电源受到SMPSU电源所占空间的限制,最初的散热器设计旨在确保电源元件在目标效率为90%的输出功率和输入电流时保持足够的冷却,热负荷为20 w。泵壳由于其玻璃纤维塑料的材质而不适合散热,而且还包括一个无刷直流电机,这将导致在最高环境为40°C时,电机表面温度可在70°C到90°C之间变化。最初的散热器设计看起来是合理的,但如果不制造昂贵的产品样机,就无法对其进行评估。

        根据以往的FloTHERM和PADS PCB的设计经验,FloTHERM XT for PADS将是评估散热器设计的最佳工具。

        Watson-marlow与 IC Blue一起使用FloTHERM XT for PADS评估了最初的设计,发现散热片工作不好,结果显示组件上温度过高,而且机加工成本太高,需要大量的散热翅片。

 

图1  IC Blue评估Watson-marlow初始设计

 

        由于IC Blue评估工作的成功,Watson-marlow顺利地为他们自己的开发团队购买了FloTHERM XT for PADS。采购决定产生了很棒的效果,使得完全重新设计的散热器能够使用两个30 mm风扇和标准散热器挤型,直流电源能满足成本和尺寸目标,也满足初始的交流电源SMPSU,如图2所示。

 

图2 双扇挤压散热器设计

 

        在整个开发过程中,Watson-Marlow能够以平滑和高效的方式将元件布局、板设计和电源数据直接从PADS(图3)转换到FloTHERM XT中。因此,FloTHERM XT模拟与PCB布局和电路设计完全同步,没有热风险。Watson-marlow也使用PTC creo进行机械设计,并能够直接将本地creo几何数据读入FloTHERM XT for PADS,允许其他设计的散热器直接合并和使用,无需修改或进一步简化。

 

图3 从PADS绘制PCB元件版图

 

        此工作流程中,Watson-marlow使用FloTHERM XT for PADS进行了许多进一步的研究,重新设计散热器,使散热器能通过铸造方式生产,节省挤型的成本。它们还能够优化流过铸造散热器的气流路径,以实现上述双风扇设计的等效冷却性能,而使用单个30 mm风扇可进一步节省成本。所研究的多个设计中有两个如图4所示,揭示了气流流出风扇后,通过散热翅片的相互作用的复杂性。

图4 Watson-Marlow评估铸造散热器的初步设计

 

        这个项目的成功使Watson-Marlow能够生产出一种高效的直流计量泵,这也开辟了新的市场,例如,远程应用的太阳能泵无法使用交流电源供电。这一应用可以用于偏远地区的废水处理,或直接部署到PLC-BUS中,用于工厂自动化应用。

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