3. Расчет теплового режима

Модуль электронной аппаратуры второго уровня и выше, например блок, представляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Поэтому при расчете тепловых режимов модулей используют приблизительные методы анализа и расчета.

Целью расчета является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ.

Конструкцию РЭА заменяем её физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднюю поверхностную температуру t_o и рассеиваемую тепловую мощность Р_о. В зависимости от ориентации модулей 1-го уровня различают три группы конструкций по характеру теплообмена в них. На рисунке 1 приведены зависимости между перепадом температур t_k и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.

20

1’, 2’, 3’ – для вертикаль­ного расположения бло­ков;

1, 2, 3 – для горизон­тального расположения блоков;

1, 1’ – без вентиляции;

2, 2’ – естественная вен­тиляция;

3, 3’ – принудительная вентиляция.

t_k,

С

1

16

12

1'

8

2'

4

2

3'

3

q,

0

20

40

60

80

100

120

t_k–перепад температуры

q– рассеиваемая мощность

Рисунок 1 - График тепловой нагрузки блоков различной конструкции

Определим условную поверхность нагретой зоны S_з, м² для воздушного охлаждения /5, стр. 145/

S_з=2(AB+(A+B)HК_з.о); (52)

где A, B, H – геометрические размеры блока, м

A = 0,110 м; B = 0,09 м; H= 0,05 м.

К_з.о – коэффициент заполнения объема (К_з.о = 0,327).

Тогда, получим

S_з = 2(0,1100,90+(0,110+0,90)0,50,327) = 0,051 м².

Определим удельную мощность нагретой зоны q₃, Вт/м², как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади

q₃=Q/S₃, (53)

где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт, вычисляемая по формуле

Q = I_maxU, (54)

где I_max – максимальный потребляемый ток для цепи питания с напряжением питания U=+12 В, I_max=0,5 А.

Тогда, получим

Q = 0,512 = 6 Вт;

q_з = 6/0,051 = 117,8 Вт/м²

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Если устройство работает в не перегруженном режиме, тогда температура зоны должна быть меньше или равна Т_з=70⁰С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Т_с=45⁰С. Тогда перепад температур t_k будет определяться по формуле

t_k = Т_з-Т_с = 70–45 = 25 ⁰С, (55)

Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 1). Учитывая, что в проектируемом устройстве модуль расположен горизонтально, получим, что прибор относится к зоне 1, следовательно, устройство нуждается в естественной вентиляции.

По результатам расчета делаем вывод, что, разрабатываемая конструкция блока диагностического прибора обеспечивает нормальный тепловой режим работы с естественной вентиляцией.

3. Расчет электрических параметров печатной платы

Рассчитываем емкость и индуктивность: печатных проводников и между печатными проводниками

При

пФ; (56)

где а – зазор между проводниками, мм;

b – ширина проводника, мм;

h – толщина проводника, мм.

, (57)

мкГн;

Собственная индуктивность (мкГн) проводника шириной b (мм)

, (58)

мкГн.

Для несимметричных полосковых линий.

, (59)

пФ,

, (60)

Ом.

Проводники расположены параллельно на одной стороне печатной платы, различной длины

мкГн.

Из полученных значений емкости (С), индуктивности (L) и взаимоиндуктивности (М) проводников следует, что паразитные эффекты в данном устройстве не превышают значения, при которых в устройстве возникают значительные помехи, приводящие устройство в неработоспособное состояние, следовательно устройство не нуждается в дополнительных средствах экранирования.