Волкоморов(печать) / Evstifeev_5

< 0,003 ′; 0,12 < 0,109 ∙ 10−3;

Первое условие не выполняется.

0,12 < 0,24 ∙ 10−3;

Второе условие не выполняется.

Следовательно, данный печатный узел не отвечает требованиям ударопрочности и необходимо использовать амортизаторы.

5.1.2.Расчет теплового режима.

Расчет теплового режима блока РЭА выполняется в два этапа. На первом рассматривается вариант с естественным воздушным охлаждением. Итогом расчета является температура нагрева ЭРЭ, наиболее критичных к перегреву. Если эта температура не превышает допустимую, то тепловой расчет ограничивается первым этапом, если же температура нагрева ЭРЗ превышает допустимую, то необходимо перейти ко второму этапу, то есть к расчету теплового режима блока с принудительным воздушным охлаждением. Итогом расчета на втором этапе будет температура нагрева блока при заданном расходе воздуха. Данная методика тепловых расчетов относительно проста и имеет погрешность не более 10 %.

Расчет теплового режима блока РЭА с естественным воздушным охлаждением.

Методика расчета справедлива для вариантов как вертикального, так и горизонтального расположения печатных узлов (ячеек) в блоке. Для прямоугольного блока область выделения тепла (нагретая зона) представляет собой параллелепипед, включающий ЭРЭ, выделяющие тепло, и промежутка между ними.

Длина и ширина нагретой зоны (НЗ) соответственно равны длине и ширине печатной платы (ПП) без учета участков, служащих для установки лицевых панелей соединителей, полей направляющих. Высота НЗ для единичного ПУ равна толщине ПП и высоте наиболее высокого компонента.

22

Рисунок 2.

Исходные данные: 1) Размеры блока

б1 = 0,1 м - ширина блока;б2 = 0,18 м - длина блока;б3 = 0,05 м - высота блока.

Параметры выбраны с учетом габаритных размеров платы (180х100 мм), а также высоты платы с учетом самого высоко выступающего элемента – трансформатора ТОТ207 (48 мм)

2) Размеры нагретой зоны31 = 0,09 м – ширина участка печатного узла, в котором заключены все

элементы, выделяющие тепло (нагретой зоны)

32 = 0,17 м – длина участка печатного узла, в котором заключены все элементы, выделяющие тепло (нагретой зоны)

33 = 0,048 м – высота ПП и наиболее выступающего компонента нагретой зоны.

Параметры определены по чертежам печатного узла 3) Мощность рассеивания б

Мощность рассеивания определяется мощностями всех входящих в НЗ

Транзисторы:

КТ817Б – 4,8 Вт (с теплоотводом) – 2 шт. [2, с. 6] КТ815В – 0,2 Вт (без теплоотвода) – 2 шт. [2, с. 8]

КТ502А – 0,34 мВт – 2 шт. [2, с. 8] КТ315А – 0,0144 Вт – 2 шт. [2, с. 12]

Трансформаторы:

ТОТ207 – 2,8 Вт. [2, с. 18]

ТОТ44 – 6,2 мВт. [2, с. 18]

Стабилитроны:

Д814А – 0,34 Вт – 2 шт.

Микросхемы:

К140УД7 – 0,0125 Вт.

Откуда:

б = 0,125 ∙ 3 + 0,0016 + 0,0028 + 0,014 + 0,003 + 0,004 + 0,003 + +0,00016 ∙ 2 + 0,007 ∙ 2 + 1,1 ∙ 2 + 0,04 ∙ 2 + 0,008 ∙ 2 + 4,8 ∙ 2 + 0,2 ∙ 2 + +0,00034 ∙ 2 + 0,0144 ∙ 2 + 2,8 + 0,0062 + 0,34 ∙ 2 + 0,0125 =

=16,24 Вт.

4)Мощность, рассеиваемая ЭРЭ (компонентом), наиболее критичным к перегреву:

У операционного усилителя рабочая температуры меньше, чем у остальных компонентов. Следовательно, он является наиболее критичным элементом к перегреву.

ОУ = 0,0125 Вт.

5)Площадь поверхности ЭРЭ, наиболее критичных к перегреву

к оу = ∙ 2 = ∙ 0,004252 = 5,675 ∙ 10−5м2;

6)Максимальная температура окружающей среды

24

Согласно заданию максимальная температура окружающей среды +60 C̊ 7) Количество вентиляционных отверстий и площадь одного отверстия. Установим, что в крышке блока имеются отверстия Ø 3 мм, расположен-

ные с шагом 5 мм и на расстоянии 5 мм от краев крышки. Тогда:

во = 36 · 20 = 720;во = ∙ 2 = ∙ 0,00152 = 7,1 ∙ 10−6м2.

8) Допустимая температура компонентак.доп = 85 ° - предельная рабочая температура ОУ Порядок расчета:

1. Поверхность кожуха блока

Кб = 2( б1 · б2 + б2 · б3 + б1 · б3) =

=2(0,1 ∙ 0,18 + 0,18 ∙ 0,05 + 0,1 ∙ 0,05) = 0,064 м2;

2.Поверхность нагретой зоны

марный объём остальных резисторов (С2-33Н-0,125 Вт). Объёмы конденсаторов:

1 = 2 ∙ = ∙ (2 ∙ 10−3)2 ∙ 13 ∙ 10−3 = 1,6 ∙ 10−7м32, 4 = 2 ∙ 2 ∙ = 2 ∙ ∙ (1,6 ∙ 10−3)2 ∙ 7,5 ∙ 10−3 = 1,2 ∙ 10−7м3

3 = 2 ∙ = ∙ (4,5 ∙ 10−3)2 ∙ 21 ∙ 10−3 = 1,34 ∙ 10−6м35 = 2 ∙ = ∙ (6 ∙ 10−3)2 ∙ 12 ∙ 10−3 = 1,36 ∙ 10−6м3

Объёмы транзисторов:

1, 2 = 2 ∙ = 2 ∙ 3 ∙ 5 ∙ 7,2 ∙ 10−9 = 2,2 ∙ 10−7м33, 6 = 2 ∙ 2 ∙ = 2 ∙ ∙ (2,6 ∙ 10−3)2 ∙ 5,2 ∙ 10−3 = 2,2 ∙ 10−7м34, 5, 7, 8 = 4 ∙ = 4 ∙ 2,8 ∙ 10,8 ∙ 7,8 ∙ 10−9 = 9,44 ∙ 10−7м3

Объёмы трансформаторов:

Тр1 = = 22 ∙ 17 ∙ 19 ∙ 10−9 = 7,11 ∙ 10−6м3Тр2 = = 52 ∙ 52 ∙ 48 ∙ 10−9 = 1,2979 ∙ 10−4м3

Объём стабилитронов:

25

1, 2 = 2 ∙ 2 ∙ = 2 ∙ ∙ (3,5 ∙ 10−3)2 ∙ 9 ∙ 10−3 = 6,9 ∙ 10−7м3

Тогда

к = оу + 12,19 + + 1 + 2, 4 + 3 + 5 + 1, 2 + + 3, 6 + 4, 5, 7, 8 + Тр1 + Тр2 + 1, 2 =

Рисунок 3. Зависимость температуры от рассеиваемой мощности

5. Перегрев кожуха блока (без учета вентиляционных отверстий) находится по графику рис.3.

∆ 1 = 1( Кб = 253,8) = 29°С.

6. Перегрев НЗ (без учета вентиляционных отверстий) так же находится по графику

∆ 2 = 2( нз = 207,43) = 23°С.

7. Суммарная площадь вентиляционных отверстий

сВО = во ∙ во = 720 ∙ 7,1 ∙ 10−6 = 5,11 ∙ 10−3(м2);

26

8. Коэффициент перфорации

9. Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий, определяется по графику рис.4:

Рисунок 4. Зависимость коэфф.,учитывающего перегрев от коэфф.перфорации.

= 3( пф = 0.33) = 0,65.

10. Перегрев кожуха блока

∆ кб = ∙ ∆ 1 ∙ 0.93 = 0,65 ∙ 29 ∙ 0,93 = 17,5(° ).

11. Перегрев нагретой зоны

∆ нз = ∙ ∆ 2 = 0,65 ∙ 23 = 14,95(° ).

12. Средний перегрев воздуха в блоке

∆ сп = 0,6 ∙ ∆ нз = 0,6 ∙ 14,95 = 8,97(° ).

где 0.6 – эмпирический коэффициент

27

13. Критическая величина перегрева НЗ определяется по графику:

Рисунок 5. Зависимость критической величины перегрева НЗ от температуры перегрева НЗ

∆ кр = 8(∆ нз = 14,95) = 44(° ) для заданной вероятности = 0,99

того, что при перегреве ∆Тнз = 14,95° температура компонента не будет выше к.доп = 85 ° , т.е. к ≤ к.доп

14. Компоненты, для которых необходимо вести дальнейший тепловой расчёт, определяются по величине

∆ к.доп = к.доп − ос

Предельные температуры компонентов:

ОУ: к.доп УО = 85 .

Резисторы: к.доп = 155 . Конденсаторы: к.доп С = 125 . Транзисторы: к.доп = 100 . Трансформаторы: к.доп р = 125 .

∆ к.доп УО = 85 − 60 = 25 < ∆Ткр = 44 .

∆ к.доп = 155 − 60 = 95 > ∆Ткр = 44 .

28

∆ к.доп = 125 − 60 = 65 > ∆Ткр = 44 . ∆ к.доп = 100 − 60 = 40 < ∆Ткр = 44 . ∆ к.доп = 125 − 60 = 65 > ∆Ткр = 44 .

Следовательно, в дальнейших расчетах целесообразно рассматривать ОУ. 15. Перегрев поверхности компонента

17. Температура кожуха блока

кб = ос + кб = 60 + 17,5 = 77,5 ;

18. Температура НЗ

нз = ос + ∆ нз = 60 + 14,95 = 74,95 ;

19. Средняя температура воздуха в блоке

сп = ос + ∆ сп = 60 + 8,97 = 68,97 ;

20.Температура поверхности компонента

к = ос + ∆ к = 60 + 15,3 = 75,3

21. Температура окружающей компонент среды

ск = ос + ∆ ск = 60 + 9,2 = 69,2

Требуемый тепловой режим обеспечивается за счет естественной вентиляции через отверстия в крышке кожуха, так как все величины температур, рассчитанных в пунктах 17-21, оказались меньше величины ∆ к.доп = 85 . Принудительная вентиляция не требуется.

5.2. Расчет технологичности печатного узла

Для такого класса изделий как электронный блок определяются следующие величины для оценки технологичности:

1.Коэффициент применяемости микросхем и микросборок:

где э.мс − обшее число дискретных элементов, замененных ИМС и микросборками; эрэ − количество ЭРЭ в изделии.

э.мс = 1;эрэ = 38;

1мс = 1 + 38 = 0,0256;

2.Коэффициент автоматизации и механизации монтажа :

а.м = а.м ;м

где а.м − количество монтажных соединений ЭРЭ, которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом;м − общее количество монтажных соединений для разъёмов, реле, ИМС и ЭРЭ ( определяется по числу выводов ).

а.м = 96;

м = 96; 96

а.м = 96 = 1.

3. Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу:

м.п.ЭРЭ = м.п.ЭРЭ ;

где м.п.ЭРЭ − число ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом (в т.ч. ЭРЭ не требующие специальной подготовки). п.ЭРЭ − общее число ЭРЭ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиям и КД.

м.п.ЭРЭ = 38;м.п.ЭРЭ = 38;

38м.п.ЭРЭ = 38 = 1.

4.Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки.

а.к.н = а.к.н ;

где а.к.н − количество операций контроля и настройки, которые можно осуществить механизированным или автоматизированным способом. В число таких операций включаются и операции, не требующие средств механизации;к.н − общее количество операций контроля и настройки.

= 2 ; (электрический и визуальный контроль);

к.н = 2;

2а.к.н = 2 = 1.

5.Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

30

пов.ЭРЭ = 1 − т.ЭРЭ ;ЭРЭ

где т.ЭРЭ − количество типоразмеров ЭРЭ в изделии;

где т.ор.ЭРЭ − количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии;

т.ор.ЭРЭ = 0;

0прим.ЭРЭ = 1 − 38 = 1;

7.Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

ф = ДДпр ;

где Дпр − число деталей, изготовленных по прогрессивным ТП (штамповка, прессование из пластмасс, литье, порошковая металлургия и т. д.); Д − общее число деталей (без учета нормализованного крепежа).

Дпр = 3; (Печатная плата - получение методом вырубки, два радиатора - литьё)

Д = 3;

теля (табл. 2);− общее количество относительных частных показателей.

Таблица 2.Коэффициенты значимости