Расчет теплового режима блока и выбор способа охлаждения

В связи с широким использованием в РЭА транзисторов, тиристоров, микросхем одной из наиболее сложных задач на этапе конструирования является проблема отвода тепла.

Для теплоотвода могут быть применены следующие методы:

– естественное охлаждение (воздушное, жидкостное);

– принудительное воздушное охлаждение;

– принудительное жидкостное;

– охлаждение, основанное на изменении агрегатного состояния вещества;

– термоэлектрическое охлаждение.

Выполним расчет теплового режима проектируемого устройства для наиболее теплонагруженного элемента транзистора ВD907 [16, c. 61].

Поверхность корпуса блока ():

 

м², (3.5)

 

где размеры корпуса блока, м.

Угловая поверхность нагретой зоны ():

 

м², (3.6)

 

где коэффициент заполнения блока, принимаем равным 0,5.

Удельная мощность корпуса ():

 

Вт/м², (3.7)

 

где P – мощность, рассеиваемая в блоке.

Удельная мощность нагретой зоны ():

 

Вт/м², (3.8)

 

Коэффициент (), зависящий от удельной мощности корпуса блока, определяется по формуле

°С. (3.9)

 

Коэффициент (), зависящий от удельной мощности нагретой зоны, определяется по формуле

°С. (3.10)

 

Коэффициент () в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

 

, (3.11)

 

где давление вне корпуса, Па.

Коэффициент () в зависимости от давления внутри корпуса блока:

 

, (3.12)

 

где давление внутри корпуса, Па.

Суммарную площадь перфорированных отверстий ():

 

м², (3.13)

 

где площадь i -го перфорационного отверстия;

– количество отверстий.

Коэффициент перфорации ():

 

. (3.14)

 

Коэффициент (), являющийся функцией коэффициента перфорации, определяется по формуле

 

. (3.15)

 

Перегрев корпуса изделия ():

 

°С. (3.16)

 

Перегрев нагретой зоны ():

 

°С. (3.17)

 

Средний перегрев воздуха в корпусе ():

 

°С. (3.18)

 

Удельная мощность, выделяемая на элементе ():

 

Вт/м², (3.19)

 

мощность, рассеиваемая элементом, Вт;

площадь поверхности элемента.

Перегрев поверхности элемента ():

 

°С. (3.20)

 

Перегрев среды, окружающий элемент ():

 

°С. (3.21)

 

Температура корпуса изделия ():

 

°С, (3.22)

 

где температура окружающей среды, °С.

Температура нагретой зоны ():

 

°С. (3.23)

 

Температура поверхности элемента ():

 

°С. (3.24)

 

Средняя температура воздуха в корпусе изделия ():

 

°С. (3.25)

 

Температура среды, окружающей элемент ():

 

°С. (3.26)

 

Зададим следующие геометрические размеры ребра радиатора:

- толщина ребер м;

- расстояние между стенками ребер м;

- высота ребер м;

- длина ребер м.

Максимальная мощность, рассеиваемая теплонагруженным элементом ():

 

Вт, (3.27)

 

где тепловое сопротивление переход-корпус теплонагруженного элемента, К/Вт.

 

Температура поверхности радиатора ():

 

К (3.28)

 

Определяем составляющие общего коэффициента теплообмена:

 

Вт/(м²∙К); (3.29)

Вт/(м²∙К); (3.30)

Вт/(м²∙К), (3.31)

 

где степень черноты.

Общий коэффициент теплообмена () рассчитывается по формуле

 

Вт/(м²∙К). (3.32)

 

Площадь поверхности охлаждения радиатора ():

 

м². (3.33)

 

Длина всех ребер радиатора ():

 

м. (3.34)

 

Количество ребер (n):

 

ребра. (3.35)

 

Ширина основания радиатора для рассчитываемого теплонагруженного элемента ():

м. (3.36)

 

Ширина основания радиатора для всех теплонагруженных элементов ():

 

м, (3.37)

 

где количество теплонагруженных элементов.

Таким образом, для охлаждения блока устройства будет использован метод естественного воздушного охлаждения посредствам перфорации корпуса, а наиболее теплонагруженные элементы будут установлены на ребристый радиатор, являющийся задней панелью корпуса и изготовленный из алюминиевого сплава способом литья.