4.3. Защита средств вт от температурных воздействий

Обычно все модули СВТ функционируют в строго ограниченных температурных пределах. Отклонение от указанных диапазонов может привести к необратимым структурным изменениям компонентов. Повышенная температура снижает диэлектрические свойства материалов, ускоряет коррозию конструкции. При пониженной температуре затвердевают и растрескиваются резиновые детали, повышается хрупкость материалов. Различия в коэффициентах линейного расширения материалов обычно приводит к разрушению залитых компаундом конструкций.

Нормальный температурный режим – это такой, который при изменении в определенных пределах внешних температурных воздействий обеспечивает изменение параметров и характеристик конструкций в пределах, указанных в технических условиях (ТУ).

Изменение температуры внутри конструкций относительно нормальной на каждые 10⁰С в любую сторону, уменьшает срок службы аппаратуры в два раза. Обеспечение нормального теплового режима приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и массы, введению дополнительного оборудования, затратам электрической энергии.

Чаще всего возникает вопрос при рассмотрении температурного режима – это удаление избытка теплоты в результате саморазогрева аппаратуры. Передача теплоты от нагретой аппаратуры в окружающую среду обычно осуществляется тремя путями: кондукцией, конвекцией и излучением.

4.3.1. Теплоотвод методом кондукции

С увеличением плотности компоновки ЭА большая доля тепла удаляется кондукцией. Для улучшения условий отвода теплоты от тепловыделяющих элементов в конструкции применяют тепловые разъемы, теплоотводящие шины, печатные платы на металлической основе и т.д. Количество теплоты, передаваемое в статистическом режиме кондукцией определяется выражением:

, (4.11)

где – коэффициент теплопроводности, кал/с·см·°С;

– площадь, через которую проходит тепловой поток, см²;

– длина пути передачи теплоты, см;

– разность температур между охлаждаемой конструкцией и окружающей средой, °С.

Пусть (4.12)

- есть тепловая проводимость,

тогда:

, (4.13)

Величина, обратная тепловой проводимости – есть тепловое сопротивление:

(4.14)

Реальные конструкции деталей обычно имеют достаточно сложную форму и это затрудняет определение их тепловых сопротивлений. Обычно рекомендуют следующие способы получения тепловых моделей:

на поверхность детали условно наносится ортогональная координатная сетка;
на пересечениях линий координатной сетки выделяются узлы (если на поверхности детали осуществляется подвод или съем теплоты, то узлы обязательно должны находиться в этих точках);
между узлами в вертикальном и горизонтальном направлении определяются тепловые сопротивления фрагментов детали по формуле (4.14);
составляются уравнения теплового баланса;
для каждого узла детали определяется температура перегрева.

Рассмотрим пример расчета отвода тепла на конкретном модуле. Модуль можно представить пластиной. Пусть на пластине установлены теплоотводящие элементы , т.е. используем таким образом теплоотвод методом кондукции.

Рис.7. Пластина с тепловыводящими элементами.

– коэффициент теплопроводности пластины во всех направлениях одинаков. Расстояния между тепловыводящими элементами, элементами и краями пластины тоже одинаковы. Для перехода к тепловой модели условно наложим на пластину - сетку таким образом, чтобы все тепловыводящие элементы оказались в узлах этой сетки.

Теперь от тепловой модели перейдем к электрической, заменив показатели температуры в узлах сетки электрическими потенциалами, а тепловые сопротивления – омическими, тепловые потоки – токами.