Тепловой режим при повторно-кратковременной работе

Повторно-кратковременный режим работы элемента характеризуется равномерно повторяющимися процессами нагревания и охлаждения.

После длительного времени работы наступает установившийся периодический режим. В этом режиме температура (или перегрев) будет колебаться между двумя крайними значениями. При этом максимальная величина температурного перепада при повторно-кратковременном режиме определяется как:

 

;

,

 

где - установившиеся значения температурного перепада в непрерывном режиме;

P – номинальная нагрузка;

Т = с(aS_о)^-1 – постоянная времени;

с – эквивалентная теплоемкость элемента;

- скважность.

Эквивалентная теплоемкость элемента вычисляется по формуле:

 

,

 

где c_c, c_м и c_и – удельные теплоемкости стали, меди и изоляции;

s_с, s_м и s_и – масса стали, меди и изоляции.

 

Величина нагрузки для эквивалентного непрерывного режима определяется как:

.

 

 

27. Какие сведения о конструкции изделия необходимы для выполнения теплового расчета (предварительная компоновка, выбор тепловой модели и т.д.). Необходимые исходные данные для расчета теплового режима.

Для теплового расчета необходимы сведения о конструкции изделия и состоянии окружающей среды. Поэтому тепловой расчет выполняется после того, когда проведен этап предварительной компоновки. Далее должна быть выбрана тепловая модель (тепловая схема), на основании которой будет производиться тепловой расчет внутри изделия.

На основании выбранной тепловой модели (тепловой схемы) подбирается методика теплового расчета РЭС, которая определяется выбранным предварительно способом охлаждения.

В общем случае, для тепловых расчетов могут применяться другие методы.

При расчете должны быть использованы следующие исходные данные:

- тепловая модель радиоэлектронного;

- суммарная мощность Р, выделяющаяся в блоке;

- мощность Рэ, выделяющаяся в ИС или ЭРЭ;

- температура t0 окружающей среды;

- давление Р0, окружающей среды;

- давление Р& воздуха внутри корпуса блока;

- геометрические характеристики блока:

- длина, ширина, высота (диаметр D);

- размеры печатной платы в блоке: - длина, ширина, толщина;

- расстояние между крайними платами в блоке;

- коэффициент кп перфорации корпуса блока;

- количество N печатных плат в блоке;

- зазор Δ между печатными платами, ТЭЗами;

- общая площадь Sδ внешней поверхности блока.

 

характеристики вентилятора и блока, охлаждаемого принудительно:

- производительность Ge вентилятора (при внутреннем перемещении воздуха);

- расход G охлаждающего воздуха;

- коэффициент полезного действия η вентилятора;

- расстояние х от торца печатной платы до центра рассчитываемого элемента в направлении движения воздуха;

- количество элементов пх в сечении канала на расстоянии х.

 

теплофизические характеристики элементов конструкции блока:

- коэффициент теплопроводности λ диэлектрика ПП;

- коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор между ИС и ЭРЭ и печатной платой λпп.

В результате расчета определяется перегрев ИС и ЭРЭ и температура среды около этих элементов. Основным критерием верности выбранного способа охлаждения является поддержание максимальной температуры внутри блока не превышающей максимальной температуры наименее термоустойчивого элемента.

Наиболее часто расчет осуществляется для охлаждения способом естественной конвекции воздуха. В случае получения неудовлетворительного результата необходимо применение перфорации и жалюзи, которые снижают температуру перегрева.

 

 

28. Разработка конструкции радиатора для теплонагруженного элемента. Типы радиаторов. Исходные данные для расчета конструкции радиатора. Материалы, наиболее часто применяемые при изготовлении радиаторов. Рекомендации к конструкции радиаторов для изделий имеющих большое число теплонагруженных элементов.

Назначение радиатора состоит в значительном снижении теплового сопротивления между корпусом элемента и окружающей средой и уменьшении перегрева элемента. Обеспечение допустимого теплового режима элементов увеличивает их надежность и время безотказной работы.

Для современных РЭС характерна тенденция уменьшения габаритов при возрастании потребляемой мощности, что приводит к необходимости создания эффективных малогабаритных теплоотводов. За время развития радиоэлектроники было разработано большое количество различных типов радиаторов. Широкое применение получили радиаторы, различающиеся по виду площади поверхности теплообмена.

Радиаторы бывают:

- пластинчатые,

- ребристые,

- петельно-проволочные,

- штыревые,

- жалюзийные,

- игольчатые радиаторы.

Конструкция названных радиаторов зависит от вида конвекции: естественным путем или вынужденным с помощью нагнетателей (вентиляторов, кулеров).

При проектировании радиаторов встречаются две задачи:

при заданной мощности элемента за счет поверхности радиатора необходимо снизить температуру элемента до некоторого допустимого значения;

при неизменной температуре поверхности радиатора за счет ее оребрения необходимо увеличить рассеиваемую мощность.

На практике наибольшее применение нашла первая задача.

В общем случае исходными данными для расчета конструкции радиатора следует считать:

- суммарную мощность устанавливаемых на радиаторе теплонагруженных элементов;

- температурное сопротивление корпус элемента - радиатор;

- максимальную температуру корпуса теплонагруженного элемента;

- температуру окружающей среды;

- степень черноты поверхности радиатора;

- коэффициент теплопроводности материала радиатора;

- предполагаемую ориентацию радиатора в пространстве.

Ограничением при расчете могут служить габаритные размеры блока.

Для изготовления радиаторов обычно применяют алюминий, магний, и их сплавы в виде штампованных (алюминий и его сплавы) или литых деталей, крашенных или оксидированных в черный цвет с матовой поверхностью для увеличения теплоотдачи за счет излучения. Для обеспечения электрической изоляции лучше изолировать радиатор, чем полупроводниковый прибор.

В случае наличия в изделии большого количества теплонагруженных элементов (усилители мощности, мощные блоки питания и т.п.) радиаторы целесообразно выполнять в виде боковых или задних панелей. При этом на них устанавливаются все элементы и требуется осуществлять их электрическую изоляцию.

Следует отметить, что расчеты дают только минимальные размеры радиатора и по ряду причин они могут быть увеличены.