Тепловые воздействия на конструкции эвт. Тепловой режим изделия. Системы охлаждения и способы обеспечения нормального теплового режима конструкций эвт. Выбор способа охлаждения.
Тепловым режимом электронных вычислительных устройств (ЭВУ) принято называть его температурное состояние, т. е. пространственно-временное изменение температуры устройства в зависимости от мощности источников и стоков энергии, от геометрических и физических параметров устройства и среды, куда отводится тепло. Значительная часть энергии в ЭВУ превращается в тепловую, что приводит к повышению температуры его деталей. Известно, что надежность деталей падает с повышением их температуры.
Увеличение температуры снижает изоляционные свойства отдельных материалов, изменяет плотности и подвижности носителей тока в полупроводниках снижает индуктивность насыщения в сердечниках, увеличивает интенсивность старения материалов и т. д. Все эти факторы могут привести к искажению сигналов на выходе электронного элемента и даже к отказу самого элемента. Следовательно, обеспечение нормального теплового режима ЭВУ — необходимое (но не единственное) условие его надежной работы.
Для обеспечения нормального теплового режима ЭВУ следует выбирать оптимальную систему его охлаждения, определенным образом размещать отдельные части устройства относительно друг друга.
Как отмечалось, применяемые в ЭВУ детали могут нормально функционировать в ограниченном температурном диапазоне, т. е. обладают ограниченной теплостойкостью.
Предельные температуры, ограничивающие диапазон теплостойкости деталей и узлов, определяются разными физическими процессами. Поэтому для каждого типа деталей существуют наиболее уязвимые в тепловом отношении области и предельно допустимая температура. Например, в полупроводниковых приборах р — п переходы, средние области анодов, катодов электронных ламп, центральные области обмоток трансформаторов и т. д.
В литературе, кроме предельно допустимых температур отдельных областей радиодеталей, часто указывают предельно допустимую температуру окружающей среды. В приведенной ниже таблице указаны предельно допустимые температуры либо отдельных областей детали, либо окружающей ее среды. Учитывая отсутствие единообразия в определении температур, таблицы сопровождаются поясняющими примечаниями.
Наибольшая температура обмоток реле, трансформаторов, дросселей и т. п. изделий определяется физическими свойствами материалов, применяемых для изоляции проводов, межвитковой изоляции и каркасов. Допустимые температуры для изоляционных материалов, применяемых в радиотехнической, радиоэлектронной и электротехнической промышленности приведены в РТМ.
Виды теплообмена в конструкции ЭВТ.
Рис.35 Температурное поле электронной Рис 36 Охлаждение теплопроводностью.
аппаратуры
Использование больших мощностей при сравнительно малых объемах приводит к резкому увеличению плотности мощности рассеяния и плотности рассеиваемой теплоты. Тепловой режим блока ВТ характеризуется совокупностью температур отдельных его точек, т. е. температурным полем в °С (рис. 35)
Для
описания теплообмена (теплопроводности,
конвекции, излучения) используют
следующее соотношение:
где
Ф — тепловой поток, Вт; а — коэффициент
теплоотдачи Вт/(м2-К);
S
—
площадь поверхности теплообмена, м2;
∆t
— перепад температур между двумя
изотермическими поверхностями (в теле
или между двумя телами, К).
Рис. 37.Естественное воздушное охлаждение. Рис. 38. Естественное воздушное охлаждение
в
герметичном корпусе в негерметичном
корпусе
Рис. 39. Принудительное воздушное Рис.40. Принудительное охлаждение в
охлаждение в герметичном корпусе негерметичном корпусе
Рис.41. Естественное жидкостное Рис.42. Принудительное жидкостное охлаждение
охлаждение
Рис.43. Охлаждение испарением Рис.44. Охлаждение излучением
Техническая реализация системы охлаждения микроэлектронной аппаратуры выполняется одним из способов:
а) охлаждением теплопроводностью (рис.36);
б) естественным воздушным охлаждением в герметичном корпусе (рис.37);
в) естественным воздушным охлаждением в негерметичном корпусе (рис.38);
г) принудительным воздушным охлаждением в герметичном корпусе (рис.39);
д) принудительным воздушным охлаждением в негерметичном корпусе (рис.40);
е) естественным жидкостным охлаждением (рис.41);
ж) принудительным жидкостным охлаждением (рис.42);
з) охлаждением испарением (рис.49);
и) охлаждением излучением (рис. 44).