Оценка теплового режима блоков ЭА

4.1. Тепловые модели блоков

Модуль ЭА второго уровня и выше, например блок, представ­ляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источ­ников тепла. Точное аналитическое описание температурных полей внутри блока невозможно из-за громоздкости задачи и неточ­ности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при рас­чете теплового режима блоков ЭА используют приближенные методы анализа и расчета.

Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необ­ходимых для оценки надежности.

Расчет стационарного теплового режима блока при естествен­ном конвективном теплообмене. Конструкция ЭА заменяется ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представ­ляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру t _н.з и рассеиваемую тепловую мощность Р _н.з.

На рис. 1 представлены тепловые модели блоков ЭА. За размеры нагретой зоны принимаются размеры шасси l ₁ и l ₂ и высота l ₃, ко­торая определяется по формуле l₃ = d_ш + h_з1 + h_з2, где d_ш — толщина шасси; h_з1 и h_з2 — части высоты нагретой зоны, расположенные со стороны шасси в 1-м и 2-м отсеках, на которые шасси делит блок РЭА.

Большая часть ЭА имеет блоки разъемной, кассетной или книжной конструкции с плотной компоновкой.

Тепловая модель блока РЭА плотной компоновки приведена на рис. 4.1.

 

Рис. 4.1. Тепловая модель блока ЭА Рис. 4.2. Зависимость перегрева корпуса

плотнои компоновки: 1— корпус; 2 —нагретая зона; блока от удельной поверхностной мощности

3 — модуль1-го уровня; 4 — радиоэлемент

(микросборка,микросхема, ЭРЭ)

 

4.2. Методика расчета теплового режима ЭА

Расчет теплового режима блока можно условно разделить на три этапа:

1) определение температуры корпуса t_k,;

2) определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны t _нз;

3) определение температуры поверхности радиоэлемента (микросхемы, ЭРЭ).

Для выполнения первых двух этапов расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:

- размеры корпуса— ширина L₁, глубина L₂, высота L₃ ;

- размеры нагретой зоны l₁ x l₂ x l₃ ;

- мощ­ность, рассеиваемая блоком Р ₀;

- базо­вая температура t _o, т. е. температура окружающей среды;

Этап 1. Определение температуры корпуса

1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока q _к:

,

где — площадь внешней поверхности корпуса блока, .

2. По графику на рис. 4.2 задаемся перегревом корпуса блока в первом приближении .

3. Рассчитываем температуру корпуса блока