Анализ схемы со стороны теплового режима

Анализ схемы с точки зрения влажностного и теплового режима

 

Способ охлаждения во многом определяет конструкцию РЭА. Поэтому уже на ранней стадии конструирования, т. е. на стадии технического предложения или эскизного проекта, необходимо выбрать способ охлаждения РЭА, после чего можно приступить к предварительной проработке конструкции. Выбранный способ охлаждения должен обес­печить заданный по ТЗ тепловой режим РЭА, что можно проверить расчетным путем после детальной проработки конструкции аппарата либо опытным путем после испытания макета или опытного образца. Следовательно, если на ранней стадии конструирования мы неправиль­но выберем способ охлаждения, то это обнаружится только на более поздних стадиях конструирования, в результате чего работа большого коллектива будет сведена на нет, а сроки создания РЭА значительно увеличатся. Если к этому добавить, что на ранней стадии конструиро­вания мы располагаем минимальной информацией о конструкции РЭА, то станет очевидным, сколь ответственна и сложна задача выбора спо­соба охлаждения.

Тепловой расчет разрабатываемого устройства будем вести согласно методике, приведенной в [7]. Коэффициент заполнения аппа­рата найдем по формуле:

 

 

где — объем i -го элемента РЭА;

n — число элементов в РЭА;

V — объем, занимаемый РЭА.

 

Объем блока РЭА рассчитаем по формуле:

 

где – размеры блока РЭА.

 

Данные по расчеты объема занимаемого ЭРЭ занесены в таблицу 4.

 

Обозначение на схеме	Количество, шт	Объем, мм	Суммарный объем,мм
С1		3215,36	3215,36
С2,С14		265,44	530,88
С3,С4,С5,С11,С12		175,17	875,85
С6,С8,С9,С10		315,17	1260,68
С7
С13
DA1
FU1,FU2		401,92	803,84
L1
L2
R1,R2,R4,R5,R6,R7		49,46	296,76
R3		2608,95	2608,95
RU1		93,75	93,75
T1

продолжение табл. 4.

 

VD1		13,43	13,43
VD2-VD6		233,87	1169,35
Всего	162300,45

 

 

Горизонтальные и вертикальные размеры корпуса РЭА соответственно L1, L2 и L3 либо для «больших» элемен­тов — величину охлаждаемой поверхности Sп. Коэффициент заполнения аппарата характеризует степень полезного использования объема и яв­ляется одним из главных показателей качества конструкции. Коэффи­циент заполнения должен быть указан в ТЗ или может выбираться на основании опыта конструирования подобных РЭА.

Эти исходные данные недостаточны для детального расчета тепло­вого режима, но их можно использовать для предварительной оценки. Выбор способа охлаждения на ранней стадии конструирования часто имеет вероятностный характер, т. е. дает возможность оценить вероятность обеспечения заданного по ТЗ теплового режима РЭА при вы­бранном способе охлаждения, а также те усилия, которые нужно за­тратить при разработке будущей конструкции РЭА с учетом обеспече­ния теплового режима.

Размеры корпуса аппарата и коэффициент заполнения использу­ются для определения условной величины поверхности теплообмена:

 

 

 

Если способ охлаждения выбирается для большого элемента, то величина поверхности теплообмена определяется из соответствующих чертежей по геометрическим размерам поверхности, находящейся в непосредственном контакте с теплоносителем.

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

 

 

где Р — суммарная мощность, рассеиваемая РЭА с поверх­ности теплообмена;

Кр — коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении Кр = 1).

 

Для расчета мощности, выделяемой РЭА, воспользуемся формулой:

 

,

где P – мощность, рассеиваемая i -тым элементом;

I – ток, проходящий через i -тый элемент;

U – напряжение на i -том элементе.

 

Данные расчетов представлены в таблице 4.

 

 

Таблица 4 – Рассеиваемая мощность ЭРЭ

 

Наименование элемента	Тип элемента	Кол-во	Рассеиваемая мощность, Вт	Сумма мощностей, Вт
Резистор постоянный	С2-23-0,25		0,25	1,5
Резистор переменный	СП3-4		0,1	0,1
Диод	1N4148, SR360		0,15	0,9
Светодиод	RL30		0,01	0,04
Микросхема	LM2575T-adj		0,3	0,3
Вставка плавкая	-		0,15	0,3
Конденсатор керамический	K10-17A H90		0,01	0,09
Конденсатор электролитический	B41828A		0,01	0,03
Конденсатор танталовый	SMD		0,01	0,02
Варистор	MIG10-471		0,1	0,1
Трансформатор	ТП115-8
Переключатель	IRS-101-1A3		-	-
Разъем	RF-180		-	-
Дроссели	-		0,32	0,64
Клемма приборная	JR2647		-	-
Амперметр	М68501		-	-
Итого:	24,02

 

q=24,02/44371,03=0,00054

 

Вторым показателем может слу­жить минимально допустимый перегрев элементов РЭА:

Tc = Tmin—Тс,

 

где Tmin — допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента по ТЗ, т. е. элемента, для которого допустимая температура имеет минимальное значение; для больших элементов это допустимая температура охлаждаемой поверхности; Тс — температура окружающей среды; для естественного охлаждения Tс = Тcmах, т. е. соответствует максимальной температуре окружающей среды, заданной в ТЗ.

Выбор способа охлаждения РЭА можно выполнить с помощью графиков (рис. 1), характеризующих области целесообразного при­менения различных способов охлаждения. Эти области строятся па результатам обработки статистических данных для реальных конст­рукций, тепловых расчетов и данных 'испытания макетов. Для удобст­ва пользования графиками необходимо из перечисленных выше исход­ных данных получить ряд комплексных показателей. За температуру Тmin примем 125С(398К).

 

Tc = 398—298=100 К

Рисунок 1 – Области целесообразного применения различных способов охлаждения.

 

На рисунке 1 области целесообразного применения различных спо­собов охлаждения. Имеется два типа областей. Области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области, в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлажде­ния. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения:

1 — естественное воздушное,

3— принудитель­ное воздушное,

5 — принудительное жидкостное,

9 — принудительное испарительное.

Области второго типа заштрихованы:

2 — возможно применение естественного и принудительного воздушного,

4— возмож­но применение принудительного воздушного и жидкостного,

6 — воз­можно применение принудительного жидкостного и естественного ис­парительного,

7 — возможно применение принудительного жидкостного, принудительного и естественного испарительного,

8 — возможно при­менение естественного и принудительного испарительного.

Если показатели q и Tc рассматриваемой РЭА попадают в незаштрихованные области рисунке 1, то для нее сразу может быть выбран способ охлаждения, соответствующий этой области. Если же показа­тели РЭА попадают в заштрихованные области, где возможно приме­нение двух или трех различных способов охлаждения, то задача выбо­ра способа охлаждения усложняется и необходимо пользоваться до­полнительными графиками.

Логарифм lg q = 3,26, Tc=100 K, что соответствует зоне 1 на графике, представленном на рисунке 1. Следовательно целесообразно применять естественное воздушное охлаждение.

 

В случае, если выделяемая мощность превышает указанную в ТУ на изделие и требуется принудительное охлаждение элементов платы (микросхем, мощных диодов, транзисторов и др.), то целесообразно применение радиаторов. Методику расчета радиаторов различной конфигурации можно найти в соответствующей литературе по курсу «Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре»[2,7] а выбор радиаторов проводить по ТУ 1-9-631-73 «Профили прессованные из алюминия для радиаторов охлаждения полупроводниковых приборов из сплавов АД31, АД1, АД0» или согласно ТУ на ЭРЭ.