- •Введение
- •1 Расширенное техническое задание
- •2 Анализ технического задания, электрической схемы, оценка элементной базы
- •2.1 Сравнительный анализ аналогов
- •2.2 Анализ работы электрической схемы
- •2.3 Обоснование выбора элементной базы
- •3 Конструкторские расчеты
- •3.1 Выбор метода изготовления и класса точности печатной платы
- •3.2 Расчет печатного монтажа
- •3.3 Расчет радиаторов
- •4 Разработка конструкции инвертора
- •4.1 Предварительная разработка конструкции устройства
- •5 Окончательная разработка конструкции трехфазного инвертора
- •Заключение
- •Список использованной литературы
- •Приложение
3.2 Расчет печатного монтажа
Исходные данные:
1) расчетная толщина платы Нр , мм 1,5
2) толщина фольги h, мм 0,05
3) диаметры выводов радиоэлементов: Dвыв1=0,6 мм, Dвыв2=0,7 мм, Dвыв3=0,8 мм, Dвыв4=0.9 мм, Dвыв5=1,1 мм, Dвыв6=1,2 мм.
4) максимальный постоянный ток, потребляемый схемой Iи.max, А 0,15
6) напряжение питания схемы Uи, В 42
8) допустимая плотность тока Jдоп, А/мм2 38
9) наибольшая длина проводника l, м 0,15
Таблица 2 – Параметры 4 класса точности
Параметры |
Значения |
Минимальное значение номинальной ширины проводника t, мм |
0,15 |
Номинальное расстояние между проводниками S, мм |
0,15 |
Гарантийный поясок, bм, на наружном слое, мм |
0,05 |
Гарантийный поясок, b, на внутреннем слое, мм |
0,03 |
Отношение диаметра отверстия к толщине платы |
0,33 |
Допуск на отверстия d, мм без металлизации 1мм 1 мм |
+0,05 0,1 |
Допуск на отверстия d, мм с металлизацией 1мм 1 мм |
+0,05:-0,1 +0,1:-0,15 |
Допуск на ширину проводника без покрытия t,мм |
0,03 |
Допуск на расположение отверстий d, мм |
0,05 |
Допуск на расположение контактной площадки p, мм |
0,15 |
Допуск на расположение проводников l, мм |
0,03 |
Допуск на подтравливание диэлектрика dтр, мм |
0,03 |
3.2.1 Расчет по постоянному току. Допустимое падение напряжения на проводниках не должно превышать 5% от питающего напряжения. Определяем допустимое падение напряжения на проводниках схемы [5]:
В. (3)
Определяем минимальную ширину печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:
мм. (4) Определяем минимальную ширину печатного проводника исходя из допустимого падения напряжения на нем:
мм, (5)
где - удельное объемное сопротивление проводника, Ом . мм2/м.
Для стабильной работы печатных проводников их ширина должна быть больше или равна bmin1 и , поэтому принимаем ширину проводников питания и заземления равную b = 1,5 мм в соответствии с ГОСТ 23751-86.
В печатных платах применяются монтажные металлизированные отверстия для установки электрорадиоэлементов и переходные металлизированные отверстия для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажного отверстия должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматической сборки ячеек.
3.2.2 Конструктивно-технологический расчет.Определяем минимальный диаметр монтажных отверстий для всех видов выводов электрорадиоэлементов [5]: 0,6; 1,2; 0,9; 1,1; 0,8; 0,7; (0,6-0,7; 0,8-0,9 и 1,1-1,2).
мм, (6)
мм, (7)
мм, (8)
где – толщина припоя, мм;
=0,54-0,6 мм;
=0,8-0,9 мм;
=1,1-1,2 мм;
С учетом на биение сверла:
мм, (9)
мм, (10)
мм, (11)
где Dсв – диаметр сверла,
D – коэффициент радиального биения сверла.
Определяем минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия. Для максимального уплотнения монтажа диаметр переходных отверстий выбирается наименьшим, но в связи ограниченной рассеивающей способностью электролитов при гальванической металлизации необходимо выдерживать предельное соотношение между минимальным диаметром металлизированного отверстия и толщиной платы:
мм, (12)
где Hр - расчетная толщина платы, мм;
- коэффициент зависящий от состава электролита.
Рассчитанный диаметр отверстия выбираем из ряда и принимаем равным 0,8 мм.
Определяем диаметры контактных площадок. Эффективный минимальный диаметр контактных площадок для всех видов отверстий:
мм, (13)
мм, (14)
мм, (15)
где bм - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (гарантийный поясок ), мм;
, - допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм;
Минимальный диаметр контактных площадок для всех видов отверстий, при покрытии олово-свинец:
мм, (16)
мм, (17)
мм, (18)
где hr - толщина фольги, мм;
Максимальный диаметр контактных площадок для всех видов отверстий:
мм, (19)
мм, (20)
мм, (21)
В соответствии с полученными диаметры контактных площадок составляют соответственно 1,6, 2,0 и 2,3 мм.
Таблица 3 – Диаметры отверстий и контактных площадок
Двыв, мм. |
, мм. |
, мм |
|
0,54-0,6 |
0,6 |
0,8 |
1,6 |
0,8-0,9 |
0,9 |
1,0 |
2,0 |
1,1-1,2 |
1,2 |
1,3 |
2,3 |
Определяем минимальную ширину сигнальных проводников:
мм, (22)
где t - допуск на ширину проводника, мм;
tmin1 - минимальная эффективная ширина проводника, мм.
При формировании проводников на фольгированном диэлектрике их минимально допустимая в производстве ширина определяется, прежде всего, адгезионными свойствами материала основания и гальваностойкостью оксидированного слоя фольги, так как браком является даже частичное отслаивание проводника от основания диэлектрика. Поэтому минимальную эффективную ширину проводника (tmin1) выбирают в соответствии с классом точности и способом изготовления печатных плат по ГОСТ 23751-86.
Максимальная ширина сигнального проводника:
мм. (23) Округляем максимальную ширину сигнального проводника в соответствии с рядом нормальных размеров до значения равного: tmax=0.3 мм.
Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка. Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой первого типа , мм:
мм , (24)
где - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;
- допуск на расположение проводников, мм.
Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой второго типа, мм:
мм, (25)
Минимальное расстояние между сигнальным проводником и контактной площадкой третьего типа, мм:
мм, (26)
Минимальное расстояние между двумя проводниками:
мм. (27)
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками первого типа:
мм. (28)
Минимальное расстояние между двумя контактными площадками второго типа:
мм. (29)
Минимальное расстояние между проводником питания и сигнальным проводником:
мм. (30)
Таким образом, проведенный расчет позволяет выполнить трассировку ПП.
Вывод: было получено минимальное расстояние между проводниками 0,9 мм, ширина узкого проводника (сигнального) 0,3 мм, ширина проводников питания 1,5 мм, расстояние между двумя контактными площадками 0,6 мм, между проводником и контактной площадкой 0,12 мм. Проводники можно проводить между всеми контактными площадками.
3.2.3 Расчет электрических параметров ПП.
1) Омическое сопротивление печатных проводников. Омическое сопротивление печатных проводников в обычных низкочастотных платах, как правило, не оказывает влияния на работу схемы, но при значительной протяженности и минимальной ширине проводника эта величина может достигнуть значений, способных внести искажения в работу устройства.
Сопротивление проводника из однородного материала:
(31)
где - удельное электрическое сопротивление проводника, Ом*мм2/м;
l – длина проводника, мм;
b – ширина проводника, мм;
h – толщина проводника, мм.
При ширине проводника b = 0,3 мм и толщине h = 50 мкм, проводник длиной l = 40 мм будет иметь следующее сопротивление:
Ом.
2) Допустимая токовая нагрузка. Величину токовой нагрузки одиночных проводников из медной фольги с постоянной шириной b и сечением S можно ориентировочно определить по графику. Сечение проводника шириной 0,3 мм, толщиной 50 мкм будет равно 0,015 мм2, а плотность тока при t = 200С равна 1,7 А/мм2; при t = 300С – равна 2 А/мм2. При максимальном токе в сигнальном проводнике платы в 20 мА плотность тока составляет 0,02/0,015=1,3 А/мм2, т.е. меньше максимально допустимого.
3) Емкость между проводниками при их параллельном взаимном расположении:
, (32)
где Er = 6– диэлектрическая проницаемость среды;
l =40 мм – длина близко расположенных проводников;
а=1,25 мм – расстояние между проводниками;
b=0,3 мм – ширина проводника;
h=0,05 мм – толщина фольги.
пФ (33)
При других вариантах значение емкости меньше полученного значения.
4) Собственная индуктивность параллельных проводников:
, (34) мкГн; (35)мкГн. (36)
5) Взаимоиндуктивность проводников рассчитывается при условии
; (37)
где b1=0,3мм – ширина первого проводника;
b2=1,5мм – ширина второго проводника;
а=1,25мм – расстояние между проводниками.
l>>30,5мм.
Так как l не намного больше рассчитанного значения (30,5 мм), т.е. условие не выполняется, то взаимоиндуктивность не влияет на проводники.
В результате расчета электрических параметров получили, что значения индуктивности, емкости и взаимоиндуктивности между печатными проводниками невелики. Так как плата является низкочастотной (максимальная частота на выводе 6 микросхемы DD1 равна 1200 Гц), то влияние помех незначительно.