4.3 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 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 2 приведены зависимости между перепадом температур t_k и выделяемой тепловой мощностью для блоков различных конструкций.

Условная поверхность нагретой зоны S_з, м² для воздушного охлаждения:

S_з = 2 · (A · B + (A + B) · H · К_з.о), (34)

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

A = 0,120 м

B = 0,140 м

H= 0,080 м

К_з.о – коэффициент заполнения объема (К_з.о = 0,37).

S_з = 2 · (0,120 · 0,140+(0,120+0,140) · 0,080 · 0,37) = 0,049 м²

Удельная мощность нагретой зоны q₃, как количество теплоты, рассеиваемое с единицы площади:

, (35)

где Q – мощность, рассеиваемая блоком, Вт.

Мощность, рассеиваемая блоком:

Q = I_max · U, (36)

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

I_max = 0,2 А.

Q = 0,212 = 2,4 Вт

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 – перепад температур

q – удельная мощность нагретой зоны

Рисунок 2 – График тепловой нагрузки блоков различной

Конструкции

Температура зоны не должна достигать максимального значения рабочей температуры элементов. Если устройство работает в не перегруженном режиме, температура зоны должна быть меньше или равна Т_з = 60 ⁰С. Максимальная температура окружающей среды, при которой устройство должно функционировать равна Т_с = 40 ⁰С. Тогда можно определить перепад температур t_k.

t_k = Т_з – Т_с, (37)

t_k = 60 – 40 = 20 ⁰С

Способ вентиляции разрабатываемого устройства, можно определить по графику тепловой нагрузки блоков различной конструкции (рисунок 2). Учитывая, что в проектируемом устройстве модуль расположен горизонтально, по графику определяем, что прибор относится к зоне 1. Так как удельная мощность нагретой зоны q₃ = 47, следовательно, устройство не нуждается в вентиляции (без вентиляции).

Вывод: разрабатываемая конструкция цифрового зарядного устройства обеспечивает нормальный тепловой режим работы без вентиляции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках данного курсового проекта было разработано цифровое зарядное устройство. Исходными данными для проектирования послужили: техническое задание и схема электрическая принципиальная. После анализа технического задания и электрической схемы была подобрана элементная база для технической реализации устройства. Затем были приняты принципиальные конструкторские решения: выбраны форма корпуса, его размеры, расположение элементов в объеме блока, а также проведен выбор конструктивных элементов электрического монтажа. Произведенные конструкторские расчеты (выбор формы блока, геометрических параметров печатной платы, плотности монтажа) подтвердили правильность принятых решений. Разработана печатная плата.

^{Разработанное устройство удовлетворяет всем пунктам технического задания: требованиям по обеспечению технологичности конструкции, по эргономике, условиям эксплуатации и хранения, габаритам, массе и пр.}

^{Таким образом, задача, поставленная перед разработчиком, выполнена, практические навыки творческого решения конкретной конструкторской задачи получены.}

На основе разработок, произведенных в курсовом проекте, конструкция цифрового зарядного устройства может быть реализована на практике.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Журавлев В. Цифровое зарядное устройство. Журнал Радио №4, 1998. – С. 58-59

2. Акимов Н. Н. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА. Справочник / Н. Н. Акимов, Е. П. Ващуков, В. А. Прохоренко, Ю. П. Ходоренок – Мн.: Беларусь, 1994. – 591 с.

3. Баюков А. В. Полупроводниковые приборы. Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник / А. В. Баюков, А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 744 с.

4. Варламов Р. Г. Справочная книга радиолюбителя-конструктора. Кн. 2. / Р. Г. Варламов, В. Я. Замятин, Л. М. Капчинский – М.: Радио и связь, 1993. – 336 с.

5. Шило В. Л. Популярные цифровые микросхемы. Справочник / В. Л. Шило – М.: Радио и связь, 1988. – 352 с.

6. Оформление спецификаций. Методические указания к практической работе по курсу «Конструктивно-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ». Ротапринт СГТУ, Саратов, 1998.

7. Разработка конструкции печатных плат. Методические указания к практической работе по курсу «Конструктивно-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ». Ротапринт СГТУ, Саратов, 1995.

8. Разработка несущей конструкций второго конструктивного уровня (блока). Методические рекомендации к практической работе по курсу «Конструктивно-технологические особенности проектирования и изготовления модулей аппаратурной реализации САУ». 2000.

9. Втулки резьбовые. Перечень.

10. Детали крепежные для приборостроения. Перечень.

11. Детали и сборочные единицы электрорадиомонтажные. Перечень.

12. Классификатор ЕСКД.

13. Установка навесных ЭРЭ. ОСТ 4.010.030-81.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(обязательное)

Графическая часть

1 Схема электрическая принципиальная цифрового зарядного устройства

2 Перечень элементов

3 Спецификация на печатную плату

4 Плата. Сборочный чертеж

5 Чертеж. Плата (трассировка)

6 Спецификация на устройство

7 Сборочный чертеж устройства

8 Таблица соединений

9 Черновой вариант платы

38