4.1.2 Расчет электрических параметров пп. Определение сопротивления печатных проводников. Сопротивление проводника из однородного металла:

где: ρ – удельное электрическое сопротивление проводника, мкОм/м;

l – длина проводника, мм;

b – ширина проводника, мм;

h – толщина проводника, мкм.

Таким образом сопротивление проводника питания определится по формуле: Ом

Сопротивление сигнального проводника:

Т.к. частота работы устройства (5 кГц) не является высокой, то расчет на эффективную глубину проникновения тока проводить не будем.

Определим допустимую токовую нагрузку. Согласно графику зависимости токовой нагрузки от ширины проводника, при ширине проводника 0.15 мм, толщине 35 мкм, сечение будет равно 0.0045 мм². Допустимая плотность тока равна (при 30⁰С) 0.8 А/мм².

Определим емкость и индуктивность между печатными проводниками Определяем взаимные емкости С и индуктивности L линий связи для заданного типа электрических соединений.

Паразитная емкость, возникающая между параллельными проводниками на печатной плате при b₁ = b₂=1мм:

где : ε=1 – диэлектрическая проницаемость среды;

l=30 мм – длина проводника;

h=35*10^-3 мм – толщина проводника;

а=86 мм – зазор между проводниками.

Индуктивность определится по формуле:

Определим те же параметры для сигнального проводника.

При b₁ = b₂=0.15 мм

а=1,25 мм

l=140 мм

Из проведенных расчетов и условий эксплуатации, заданных в техническом задании, следует, что проектируемое устройство не нуждается в дополнительных средствах экранирования, т.к. действие помехи не приведет к нарушению работоспособности модуля.

4.3 Расчет теплового режима

Рассматриваемое устройство, как и ряд других модулей уровня два и выше, содержит множество источников тепла, каждый из источников испускает определенные тепловые потоки, расчет действия которых сложен и длителен. Поэтому при расчете тепловых режимов модулей используют приблизительные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение нагретой зоны модуля и среды вблизи поверхности ЭРЭ.

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.

q,

Рисунок 2 - График тепловой нагрузки блоков различной конструкции

Конструкцию РЭА заменяем ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную 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 3 приведены зависимость между перепадом температур t_k и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.

Определим условную поверхность нагретой зоны S_з, м² для воздушного охлаждения

где l, b, h - геометрические размеры блока, м

l=0.10; b=0.11; h=0.066

К_з.о - коэффициент заполнения объема (К_з.о =0.461).

Таким образом, получим

S_з = 2(0.100.11+(0.11+0.10)0.0660.461) = 0.035 м²

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

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

Q = I_maxU,

где I_max =18 мА=0.018 А - максимальный потребляемый ток для цепи питания;

U =220 В - напряжение питания.

Тогда, получим

Q=0.018220=3.96 Вт,

,

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Поскольку в схеме имеются конденсаторы параметры которых ухудшаются при увеличении температуры до 7085С и микросхемы, требующие хорошей теплоотдачи, то температуру зоны примем равной Т_з=55⁰С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Т_с=25⁰С. Тогда перепад температур t_k будет определяться по формуле

t_k =Т_з-Т_с = 55-25 = 30⁰С

Получили точку К (11.31, 30). Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 2). Учитывая, что в проектируемом блоке модули расположены горизонтально, получим, что прибор относится к зоне 1, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции.

По результатам расчета делаем вывод, что разрабатываемая конструкция блока обеспечивает нормальный тепловой режим работы без вентиляции воздуха. Дополнительные средства вентиляции и охлаждения не требуются.