3.3.2 Оценка предельных возможностей миниатюризации ивэп

Возможности миниатюризации блока электропитания определяются либо требуемой поверхностью теплоотвода, либо суммарным конструктивным объемом элементов [4].

Если при конструировании и производстве ИВЭП применяется гибридно-пленочная технология или малогабаритные мощные транзисторные сборки, то объем мощного преобразовательного устройства определяется только рассеиваемой мощностью и условиями теплообмена.

Д

(1)

ля конструкции в форме прямоугольного параллелепипеда при заданной толщине корпуса и теплоотводе по всей его поверхности можно установить простое соотношение между объемом и поверхностью теплоотвода. Еслиaиb – размеры основания,h – толщина корпуса,S– его поверхность, то справедливо следующее соотношение, точное приa=bи практически приемлемое приb/a = 0,3 – 3:

П

(2)

о результатам макетирования и испытания устройств [4] определяем мощность, рассеиваемую во всех элементах,P_p, поверхностьS_{т 0}, необходимую для рассеяния 1 Вт мощности при заданных условиях теплообмена, и поверхности теплоотвода

Т

(3)

огда «тепловой» объем конструкции при заданной ее толщине определяется выражением

У

(4)

дельная мощность ИВЭП рассчитывается из выражения

Изменение условий теплоотвода, определяющее поверхность S_{т 0}, влияет количественно на удельную мощность, но общие закономерности сохраняются. По результатам компоновки элементов преобразователя можно вычислить минимальную площадь основания корпуса, необходимую для плотного размещения всех деталейS_осн=abи «габаритный» объем корпусаV_г=hS_осн. Из вышесказанного можно сделать вывод, что минимальный объем определяется большим значением изV_тилиV_г.

Максимально достижимая мощность блока вторичного питания равна отношению его выходной мощности к окончательно определенному объему V_тилиV_г.

Другой подход к оценке удельной мощности ИВЭП заключается [4] в предельной миниатюризации конструкции, не обеспечивая теплоотводящую поверхность корпуса, необходимую для теплообмена, то есть создается конструкция, для которой V_т<V_г. Такую конструкцию можно легко реализовать для устройств непрерывного действия, поэтому все полупроводниковые силовые микросхемы имеют малый объем корпуса, но требуют дополнительной теплоотводящей поверхности.

Возможность получения конструкции, для которой V_т<V_г, появилась и для блоков вторичного электропитания ключевого принципа действия при использовании малогабаритных силовых МДП-транзисторов, диодов Шотки, специализированных микросхем управления, осуществлении преобразовательных процессов в резонансных схемах, работающих на частотах в сотни килогерц. Следует отметить, что подобная конструктивная миниатюризация не сопровождается заметным повышением КПД, так как уменьшению статических потерь соответствует увеличение частотных потерь.

При заданных условиях теплоотвода и перегреве уменьшение поверхности корпуса S_тпри неизменном КПД означает уменьшение допустимой выходной мощности, то есть практически не изменяет удельную мощность ИВЭП.

В любых условиях эксплуатации при естественном воздушном охлаждении теплоотводящая поверхность корпуса недостаточно для обеспечения его температуры не выше 85°С. Необходимо или уменьшить мощность потерь, то есть уменьшить мощность в нагрузке или улучшить условия теплообмена с окружающей средой путем обдува, установки корпуса на радиатор. Во всех случаях удельная мощность будет конструкции будет меньше 100 Вт/дм³и в общем виде близка к значению, определяемому (4) [4].