aaaГОСЫ / Ширяев Лекции
.pdf
41
34. Зависимость коэффициента пропорциональности Кп от соотношения параметров печатной платы
К |
3 |
П |
4
пФ/см
0,4 
2
0,3 
1
0,2 
0,1 0,2
S1, S2 – расстояние между проводниками W1, W2 – ширина проводников
W1 S1 W2 W1
W1 = W2
W1 
S2 |
S2 |
W 
2
W1 = W2
S1 S2
W1 W2
S1 W2
W ≤W2
1 3
W1 
W
2
W ≤W2
1 3
С использованием графика определяем КП, затем находим СПОГ. Определяем lП для определения СПАР:
СПАР = 0,075 lП
КП = 0,15 для проводников, лежащих на одной поверхности печатной платы.
42
СПАР = 0,5 lП
Для проводников, лежащих на разных сторонах платы.
Т.о. определить, что к основным возможность требования ЭМС относятся длины перекрытия располагаемых рядом электромонтажа РЭА.
исходным данным определяющим эмпирические оценки максимальной проводников при различных видах
Поэтому важной задачей является получение статистически обоснованных и простых зависимостей для определения максимальной длины lП для печатного и проводного электромонтажа. На основе сбора и обработки статистического материала причём статистические ряды были упорядочены для различных видов электромонтажа и уровней конструкторской иерархии РЭА, получены простые аналитические зависимости, позволяющие рассчитать значение lП, взятые из статистических рядов и размером наибольшей из сторон печатной платы (L), кроссплаты или максимальной длины кабельного канала (LК).
1) для электромонтажа ИЭТ на печатной плате lП 0,58 L.
L – сторона печатной платы, вдоль которой ориентированы проводники. Эта формула работает при расстановке и монтаже ПП.
2) Для электромонтажа соединителей на кросс-плате
LП 0,69 LКП
LКП – длина кросс-платы
3) Для проводного электромонтажа секций в стойках
LП 0,78 LК
LК – длина наибольшего канала стойки (высота стойки). Применяется для расчета длины взаимного перекрытия проводного электромонтажа межсекционных соединений.
43
35. Теплофизическое конструирование
Подавляющее большинство РЭА лишь небольшую долю потребленную от источника питания энергии выделяют в виде полезной энергии сигналов. Остальная часть преобразуется в тепловую энергию, которая выделяется в окружающую среду.
Общий температурный фон РЭА определяется удельной мощностью тепловыделения и плотностью теплового потока, проходящего сквозь устройства.
Широкое применение ИС позволило увеличить плотность компоновки и уменьшить объем, что привело к увеличению удельной мощности рассеяния и повышению температуры внутри РЭА. Для снижения температуры необходимо принимать дополнительные меры к ее охлаждению.
Охлаждение РЭА – процесс отвода и переноса тепла от элементов РЭА в среде, температура которой постоянна или поддержание в необходимых пределах с целью термостабилизации РЭА.
Тепловой режим РЭА – пространственно-временное распределение температуры в РЭА, соответствуем определенным пространственно-временному распределению тепловыделения.
Разработчика РЭА интересует не тепловой режим вообще, а нормальный тепловой режим. Тепловой режим элемента считают нормальным, если соблюдается:
1)Температура элемента находится в пределах определенных паспортом или техническим условием на него, не зависимо от изменения окружающей температуры – это обязательное требование.
2)Температура элемента должна быть такая, чтобы обеспечивалась его работа с заданной надежностью – это требование специально оговаривается в техническом задании на аппаратуру.
Тепловой режим аппаратуры является нормальным, если обеспечивается нормальный тепловой режим всех элементов без исключения. Вся система охлаждения, используемая в РЭА, по виду теплоносителя делят на воздушные, жидкостные и испарительные.
Наибольшая интенсивность передачи тепла у испарительных, в которых охлаждение происходит за счет изменения агрегатного состояния – это системы принудительного и естественного охлаждения.
Основная доля переноса тепла происходит за счет конвекции.
Применение принудительного охлаждения приводит к усложнению системы. Необходимо стремиться к естественному охлаждению, принимая все меры и интенсификации передаваемого тепла и другим частям конструкции.
Конструкции РЭА при нормальных условиях и охлаждении 70% отводится за счет конвекции, 20% - за счет излучения, 10% - за счет теплопроводности.
По тепловому режиму блоки и узлы РЭА делят на теплоногруженные и нетеплонагруженные.
Оценка тепловой нагрузки происходит по тепловому потоку через единицу поверхности. Тепловая нагрузка менее 0,05 Вт/см2 считается малой, а более 0,05 Вт/см2 – большой.
В блоках с малой тепловой нагрузкой, при естественной конвекции температура
среды внутренних объемов не больше температуры окружающей среды более чем на 30 . Теплонагруженные блоки требуют принудительного охлаждения, вид и способ
которого зависит от плотности теплового потока.
44
Системы естественного воздушного охлаждения позволяют отводить тепловые потоки плотностью не более 0,2 Вт/см2, принудительного – до 1 Вт/см2, жидкостного – до
20Вт/см2, испарительного – до 200 Вт/см2.
36.Основные приемы, позволяющие снизить температурный фон в блоке при естественном воздушном охлаждении
Конструкция должна отвечать требованиям:
1)Обеспечение хорошего обтекания холодным воздухом всех элементов конструкции, особенно теплонагруженные.
2)Теплочувствительные элементы должны располагаться ближе к стенкам
блока
3)Теплочувствительные элементы должны защищаться от обтекания нагретым воздухом
4)При воздействии лучистой энергии теплочувствительные элементы должны защищаться экраном.
5)Элементы должны иметь хорошие теплоконтакты с узлами.
37.Предварительная оценка тепловой нагрузки
Рассмотрим стойку с секциями и блоками. Предварительная оценка – по диаграмме. По оси абцисс – мощность на единицу поверхности, по оси ординат -
θДОП=tДОП−tСРЕДЫ :
1)Если мощность рассеяния и рассеиваемая мощность в блоках примерно
равны, т.е. разница не больше 15%, то удельная мощность (РУД):
PУД= |
∑Рi |
2(L1 L2+L2 L3+L1 L3) |
∑Pi - суммарная мощность источника тепла внутри стойки L1, L2, L3 – габаритные размеры стойки.
2) Если мощность распределена между блоками неравномерно, т.е. разница больше 15%, то
P = Pimax
УД 2Hi(L1+L2)
- максимальная тепловая мощность наиболее нагруженного блока. Hi – высота блока
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
Если точка находится в 1 |
области, |
|||
ДОП |
|
|
возможна |
|
пылезащитная |
или |
|
40 |
1 |
|
|
||||
|
герметичная |
|
конструкция |
||||
|
|
|
|
||||
|
2 |
|
функционального узла. Если во 2 |
||||
|
|
области |
– |
возможно |
испытание |
||
|
|
|
перфорированных кожухов, если в 3 |
||||
|
|
|
области – используется принудительное |
||||
10 |
|
3 |
охлаждение. |
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
УД |
|
|
|
|
|
100 |
400 |
|
|
|
|
|
46
38.Обеспечение механической прочности конструкций РЭА
Впроцессе эксплуатации большинство видов РЭА подвергается механическому воздействию, характер и интенсивность которого могут быть разнообразны в зависимости от источника воздействия и их располагают относительно аппаратуры.
Наиболее распространены виды механических воздействий:
1)Линейные ускорения характерны для любого вида аппаратуры, которая движется с переменной скоростью на определенном носителе. Влияние линейного ускорения на детали конструкции обусловлены инерционные силы, которые больше силы тяжести.
2)Вибрация – механические колебания элементов аппаратуры или конструкций. Могут быть периодические и случайные.
3)Удары возникают при транспортировке, эксплуатации, ударной волны.
В процессе эксплуатации нагрузки к элементам РЭА прикладывается в течение короткого промежутка времени , вследствие этого возникающие ускорения могут достигать больших значений и вызвать повреждение аппаратуры.
Интенсивность ударного воздействия зависит от формы, амплитуды и длительности импульса.
Форма ударного импульса (а(t)) – зависимость
a(t) |
ударного ускорения от времени. |
|
Hmax |
||
Амплитуда импульса (Нmax) – максимальное |
||
|
||
|
значение ударного ускорения. |
|
|
Длительность ( ) – время действия удара. |
t
Н, а(t) и задают для расчета ударных воздействий и конструирования средств защиты.
При периодическом приложении ударных импульсов к блоку РЭА на упругих опорах происходит колебательное движение. Отсюда возникает необходимость защиты от вибрации.
Прочность (вибро и ударо) к воздействию механических факторов – способность изделий выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах нормы, установленных стандартом после воздействия механических факторов.
47
Устойчивость (вибро и ударо) – способность изделия выполнять заданные функции и сохранять свои параметры в пределах норм, установленных стандартами во время воздействия механических факторов.
Впроцессе разработки и производства РЭА необходимо определить ее вибро и удароустойчивость в лабораторных условиях.
Для этого применяют специальное оборудование – «виброударостенды».
Взависимости от физической основы возникающих в результате воздействия механических нагрузок нарушения повреждения, влияющие на устойчивость РЭА, их можно объединить в группы.
Деформация в активных и пассивных функциональных элементах в цепи, приводит к изменению параметров этих элементов
Нарушение электрического контакта в разъемных и неразъемных соединениях, приводящие к изменению сопротивления в паре контакт-гнездо.
Наводка и изменение параметров электрического, магнитного и электромагнитного полей.
48
39.Способы защиты РЭА от механических воздействий
1)Изменение соотношения между частотными возмущения и собственной частотой конструкции (резонансная отстройка).
2)Демпфирование колебаний
3)Введение в состав конструкции РЭА амортизаторов с целью придания вибро и ударо изоляции аппаратуры.
Выбор способа зависит от вида воздействия и характера возмущающих сил, от частотного диапазона возмущений и от конструктивных особенностей аппаратуры.
Резонансная отстройка
Получила наибольшее применение. Направлена на уменьшение или устранение резонансных колебаний.
При низкочастотных воздействиях применяется способ, заключающийся в смещении спектра собственных частот колебаний конструкций за верхнюю границу частот возмущения. Для устранения резонансных колебаний необходимо, чтобы 1-я собственная частота колебаний была бы более чем на октаву выше максимальной частоты возмущающих колебаний. Это достигается изменением способа крепления конструкции и постановкой дополнительных опор.
Влиять на спектр собственных частот от колебаний можно изменением геометрических размеров плат, способов их крепления, материала, конфигурации и массы конструкции.
Наибольшее применение находит применение способов крепления, площади и толщины печатной платы и применение ребер жесткости, например, изменение собственного отражения печатной платы на ее жесткое защемление увеличивает собственную частоту колебаний в 1,8 раза.
Увеличение точек крепления плат повышает собственную частоту колебаний – изменение с 4 до 7 увеличивают собственную частоту в 3 раза.
Влияние площади и толщины печатной платы
S
С уменьшением площади печатной платы частота собственных колебаний уменьшается
f
49
Влияние толщины печатной платы
Н
|
f |
|
Применение ребер жесткости |
Ребра жесткости должны жестко крепиться винтами не только к плате, но и к |
|
опорам конструкции. |
|
Ребра жесткости |
Рамки жесткости |
конструкция
Плата
Частота собственных колебаний деталей типа печатной платы:
f =KM KB BΔ 104 a2
КМ – покровочный коэффициент, если печатная плата или пластина выполнена не из стали.
KM=√EES ρρS
Е – модуль упругости применяемого материала (сталь)- плотность материала (сталь)
50
КВ – коэффициент, учитывающий неравномерность элементов, расположенных на печатной плате.
KB= 1
√1+QЭ
QП
QЭ, QП – масса элементов платы и масса платы
В– частотная постоянная (табличный параметр, зависит от способа крепления
исоотношения сторон печатной платы).
- толщина пластины платы а – сторона платы
Демпфирование колебания
Один из путей уменьшения демпфирующих (гасящих колебания) свойств конструкции, т.е. повышение рассеяния энергии колебаний за счет сил трения.
Это достигается включением в конструкцию плат специальных демпфированных материалов, внутреннее трение которых в десятки или сотни раз больше, чем у обычных конструкционных материалов.
Преимущество – резонансные колебания могут быть снижены значительно при небольшом снижении массы и размеров конструкции. Применяют вибропоглощающий пенополиуретан.
Амортизаторы
Применяют для защиты РЭА от удара, амортизаторы отличаются от вида упругого элемента и от конструктивного исполнения. Это является следствием широкого диапазона эксплуатационных условий.
Вэтих условиях создание амортизирующих устройств для всех случаев жизни не возможно. Конструктор выбирает наилучшим способом вид амортизатора, максимально удовлетворяющего техническому заданию.
Требования:
1) Динамические обеспечивают надежную виброизоляцию по всем координатным осям в заданном диапазоне частот. Для перекрытия всего диапазона рабочих частот амортизаторы выполняются с различными частотными характеристиками. Частота собственных колебаний нагруженного амортизатора составляет 3 – 4 Гц для низкочастотных, 8 – 10 Гц для среднечастотных и 20 – 25 Гц для высокочастотных.
2) Климатические обеспечивают сохранение работоспособности в различных эксплуатационных условиях. Требования: удобство в монтаже и креплении и должны иметь срок непрерывной работы более 2000 часов.
3) Конструктивные
Вконструкцию амортизатора входят детали и узлы, обеспечивающие демпфирование (управляющий элемент) и в зависимости от упругого элемента и способа демпфирования амортизаторы делят на: