Расчет тепловых режимов рэа

1.1. Вопросы теплоотвода при проектировании рэа

Одним из основных факторов, влияющих на стабильность параметров и надежность РЭА, является рабочая температура ее теплочувствительных компонентов (ИС, транзисторов, п/п диодов и т.д.), устанавливающаяся при эксплуатации РЭА данного вида.

Поэтому при разработке студентами конструктивной части дипломных проектов необходимо учитывать требования и ограничения, связанные с температурным режимом элементов проектируемого устройства и применять конструктивные решения, рациональные и обоснованные с точки зрения эффективности системы теплоотвода, с этой целью следует.

1. В начальный период проектирования формализовать назначения и условия эксплуатации проектируемого устройства (с учетом РТС, в состав которой оно входит). Определить соответствующие предельные нормы ожидаемых климатических (темпера-турных) воздействий окружающей среды эксплуатации (ОС). При этом используются данные таблицы 1.

2. Определить допустимый перепад температуры теплочувствительных элементов схемы (транзисторов, ИС) Dt°_å относительно температуры окружающей среды (t°_ос ), используя данные табл. 1 (см. приложение) и справочные данные [10].

3. Определить тепловую мощность P_ti и удельную тепловую мощность  для наиболее нагруженных элементов схемы (транзисторов, ИС и др.).

4. Для теплочувствительного элемента (транзистора, ИС), имеющего максимальное значение удельной тепловой мощности Р_tуд, рассчитать перепад температур на участке от корпуса элемента на сборочную плату печатного монтажа (шасси) методом контактной теплопроводности Dt_i1, используя данные, приведенные в пособии.

5. Определить тепловую мощность, рассеиваемую на соответствующей (одной) сборочной плате печатного монтажа, от всех размещенных на ней элементов схемы и рассчитать перепад температуры между печатной платой и температурой окружающего плату воздуха (Dt_i2) при конвективном способе теплоотвода от печатной платы, используя данные, приведенные в пособии [4, 7].

6. Определить полный перепад температуры для наиболее нагруженных элементов (транзисторов, ИС):

Проверить допустимость ожидаемой предельной температуры в объеме элемента с учетом данных табл. 1 и [10].

7. Определить удельную мощность рассеивания тепла Р_уд в объеме проектируемого устройства (упаковки).

8. Скорректировать сборочный чертеж устройства (включая расположение выходных, входных и промежуточных вентиляционных отверстий) с учетом рекомендаций, имеющихся в пособии.

В начальный период проектирования следует определить назначение и условия эксплуатации проектируемого устройства (с учетом РТС, в состав которой оно входит) и определить соответствующие предельные нормы ожидаемых климатических (температурных) воздействий окружающей среды эксплуатации (ОС).

Рекомендуемые нормы климатических испытаний РЭА на устойчивость параметров при воздействии ОС приведены в табл. 1. В столбцах 3, 4 и 7 таблицы приведены типовые условия ОС, при которых определяющие параметры работающей (включенной) РЭА должны соответствовать нормам, оговоренным в техническом задании (ТЗ, ТУ и пр.). В столбцах 5, 6 и 8 таблицы приведены типовые условия ОС (транспортировка и хранение), при которых и после воздействия которых выключенная аппаратура остается работоспособной и (после включения) будет удовлетворять оговоренным нормам ТЗ (ТУ). В приложениях приведены некоторые дополнительные виды воздействий, на которые в некоторых случаях должна быть рассчитана конструкция устройства. Эти дополнительные виды воздействия, иногда имеющие место на практике, могут не учитываться при курсовом и дипломном проектировании, аналогичном этапу ЭП.

Космическая РЭА, РЭА ракет и высотных самолетов с точки зрения устойчивости к воздействию ОС должны удовлетворять комплексу специфических требований.

С одной стороны, должны удовлетворяться наземные требования по хранению и транспортировке, в соответствии с п. 2 табл. 1 (столбцы 5, 6 и 8). С другой стороны, для ракет и самолетов в полете предельная температура ОС в зависимости от места расположения РЭА (блока, узла, элемента) может колебаться в пределах от —60°С до 100°¸200°С (нагрев фюзеляжа от трения о воздух и моторов). Для спутников (ИСЗ) температура в соответствующем отсеке может изменяться от +100°С (на солнечной стороне) до —200°С (на теневой стороне). Следует учитывать существенное влияние радиации на снижение коэффициента усиления по базе (b) биполярных транзисторов и др.

При отработке конструктивной части курсовых и дипломных проектов необходимо учитывать назначение и место установки РЭА, с точки зрения возможных (вероятных) температурных режимов при ее эксплуатации, хранении и транспортировке.

От температуры, устанавливающейся в объеме на поверхности теплочувствительных элементов схемы РЭА, зависит не только стабильность определяющих параметров (обратимые изменения параметров), но и их надежность.

Срок жизни элементов схемы и конструкции находится в зависимости от температуры вещества самого тела элемента, на которую влияет не только температура ОС. Так, для пленочного резистора — это температура на его поверхности, для конденсатора — температура изоляции, для п/п транзистора и диода — температура переходов и т.д. Температура тела в наиболее нагретом месте элемента ни при каких условиях не должна превосходить предельно допустимую (по ТУ), при которой необратимо меняется физико-химическая структура элемента. Так, например, для углеродистых резистивных пленок предельная температура – +130°С, для p-n переходов кремниевых транзисторов (диодов) – +150°С и т.д.