4. Оценка теплового режима и выбор способа охлаждения

Обеспечение теплового режима программируемого ЭУ является немаловажным аспектом при проектировании.

Тепловой режим устройства характеризуется совокупностью температур отдельных его точек – температурным полем. Температурный режим создается как внешним температурным воздействием окружающей среды, так и тепловой энергией, выделяемой радиоэлементами самой аппаратуры.

По характеру направленности теплового потока разделяют термоактивные и термопассивные элементы. Термоактивные элементы служат источниками тепловой энергии, а термопассивные – ее приемниками.

Микросхемы и радиоэлементы функционируют в ограниченных температурных диапазонах. Отклонение температуры от указанных диапазонов может привести к необратимым изменениям компонентов. Повышенная температура снижает диэлектрические свойства материалов, ускоряет коррозию конструкционных и проводниковых материалов. При пониженной температуре затвердевают и растрескиваются резиновые детали, повышается хрупкость материалов. Различия в коэффициентах линейного расширения материалов могут привести к разрушению залитых компаундами конструкций и, как следствие, нарушению электрических соединений, изменению характера посадок, ослаблению креплений и тому подобное.

Если температура в любой из точек терморегулятора не выходит за допускаемые пределы, то такой тепловой режим называется нормальным.

Расчет теплового режима ИЭТ заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных радиоэлементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Исходными данными для проведения последующего расчета являются:

– Kз – коэффициент заполнения по объему;	0,01;
– суммарная мощность, рассеиваемая в блоке, Вт	10;
– давление окружающей среды, кПа	84;
– давление внутри корпуса, кПа	84;
– габаритные размеры корпуса, м	0,11×0,13×0,05;
– температура окружающей среды, ˚С	20.

Поскольку корпус разрабатываемого устройства не имеет перфорации, расчет теплового режима будем вести для герметичного корпуса.

Рассчитывается поверхность корпуса блока:

где L1, L2 – горизонтальные размеры корпуса, м; L3 -вертикальный размер, м.

S_K  20,4  0,4  0,4  0,4 0,22 0,672 м².

Определяется условная поверхность нагретой зоны:

где kЗ - коэффициент заполнения корпуса по объему.

S_З  20,4 0,4  0,4  0,40,22 0,01 0,32 м².

Определяется удельная мощность корпуса блока:

где Р - мощность, рассеиваемая в блоке.

Определяется удельная мощность нагретой зоны:

Находится коэффициент 1 в зависимости от удельной мощности корпуса блока:

1

1 =2,13 град

Находится коэффициент 2 в зависимости от удельной мощности нагретой зоны:

2

2

Определяется коэффициент КН1 в зависимости от давления среды вне корпуса блока:

где Н1 - давление окружающей среды в Па.

Определяется коэффициент КН2 в зависимости от давления среды внутри корпуса блока:

где Н2 - давление внутри корпуса в Па:

Рассчитывается перегрев корпуса блока:

_К=₁ К_Н

_К=2,13

Определяется перегрев нагретой зоны:

₃=_к+₂-₁ К_Н2

_К =2,15+(4 – 2,13)

Определяется средний перегрев воздуха в блоке:

_В=0,5 (_К+₃)

_В=0,5 (+4)=3 град

Определяется температура корпуса блока:

Т_К=_К+Т_С

Т_К=2,15+20=22,15 град

Определяется температура нагретой зоны:

Т_З=_З+Т_С

Т_З=4+20=24 град

Находится средняя температура воздуха в блоке:

Т_В=_В+Т_С

Т_В=+20=23 град

Из анализа полученных результатов заключаем, что при заданных условиях эксплуатации разрабатываемого прибора обеспечивается нормальный тепловой режим применяемых в нем радиоэлементов в процессе эксплуатации, т.е. рабочие температуры не превышают предельно допустимых величин.

Таким образом, выбранная конструкция корпуса и естественного способа охлаждения путем конвекции воздуха не нуждается в изменении и применении в ней других способов охлаждения. Естественный способ охлаждения является наиболее легко реализуемые и требует минимальных затрат с экономической точки зрения по сравнению с другими способами охлаждения ИЭТ.