78. Классификация систем охлаждения.
Подавляющее большинство РЭС (свыше 90 %) в настоящее время проектируются
с использованием воздушного охлаждения. Воздушное охлаждение
может быть естественным или принудительным (рис 6.45).
Рис. 6.45. Способы организации воздушного охлаждения:
а - естественное воздушное охлаждение; б - естественная вентпляция;
с - принудительная вентиляция
Принудительная вентиляция может быть вытяжной (рис. 6.45, с), приточной
или приточно-вытяжной. Эти разновидности вентиляции различаются местом
установки вентиляторов и их количеством.
Обычно в блоках с малой тепловой нагрузкой при естественном воздушном
охлаждении или естественной вентиляции температура среды внутренних
объёмов не превышает окружаюшую более чем на 30 С. В более теплонагруженных
блоках используют принудительную вентиляцию (см. рис. 6.45,с). При
необходимости отбора тепла от особо тепловыделяющих элементов, микросборок,
модулей может быть использовано циркуляционное жидкостное охлаждение
(рис. 6.46). Мощность тепловыделения модулей с жидкостным охлаждением
существенно зависит от скорости прокачки жидкости и повышается с ее
увеличением.
Еще большей эффективностью теплоотвода характеризуются жидкостноиспарительные
системы охлаждения. В таких системах охлаждение осуществляется
за счёт циркуляции охлаждающей жидкости через радиаторы и рубашки,
образованные в корпусах рэс. Однако такие системы характеризуются
большой сложностью и стоимостью.
Для охлаждения РЭС на печатных платах с использованием микросборок
и микросхем в герметизпруемых корпусах применяются кондуктивные теплостоки
в виде теплопроводных шин (рис. 6.47).
Рис 6.47. Герметичный корпус РЭС с кондуктивными теплостоками:
1 - корпус; 2 - печатная плата; 3 - микросборкп; 4 - шины теплостоков;
5 - тепловые разъёмы
Для повышения эффективности теплоотвода корпус 1 выполняют оребренным.
Кондуктивные теплостоки выполняют из алюминиевых шин 4, оmимальная
толщина которых 0,5 мм. Пр именение кондуктивных теплостоков при
естественном воздушном охлаждении позволяет снизить перегрев элементов
в 2-3 раза.
В качестве теплостоков при малой мощности тепловых потерь может
быть использована и медная фольга печатных плат. Для уменьшения теплового
сопротивления корпуса микросхем и микросборок приклеивают к теплостокам.
Дальнейшая передача тепла от теплостоков к корпусу может осуществляться
через тепловые разъёмы 5. В зарубежных и отечественных разработках применяются
в основном конструкции тепловых разъёмов с клиновыми зажимами,
позволяющими достаточно просто про изводить смену ячеек (рис. 6.48).
Рис. 6.48. Тепловой разъём с клиновым зажимом
При выполнении модулей первого и нулевого уровней на бескорпусной
элементной базе их герметизация может быть выполнена заливкой теплопроводным
компаундом. В качестве таких компаундов рекомендованы компаунды
марок К-5, ТФК-5, КТЭ-2, КТЭ-4.
ДЛЯ охлаждения отдельных теплонагруженных элементов РЭС (микросхем,
транзисторов, диодов и т.д.) наиболее простой и достаточно эффективный
способ - использование радиаторов. Для систем воздушного охлаждения наиболее
распространение получили следующие разновидности радиаторов: пластинчатые,
ребристые, игольчато-штыревые и др. (рис. 6.49).
Тепловые трубки и термоэлектрические охладители
Для охлаждения отдельных теплонагруженных элементов РЭС могут использоваться
и так называемые тепловые трубки, характеризующиеся простотой
конструкции (рис. 6.50).
Рис. 6.50. Тепловая трубка
Они имеют герметичный вакуумированый объём. Внутренняя поверхность
трубки покрыта слоем капиллярно-пористого материала. Часть внутреннего
объёма заполнена насыщенным паром рабочей жидкости (ацетон, спирт
и др.).
Теплопередача в тепловой трубке происходит за счёт поглощения тепла в
результате парообразования в нагревающейся части трубки. Нагретый пар
конденсируется в охлаждаемой части трубки и отдает теило стенкам. Пополнение
рабочей жидкости в испарительной части трубки происходит за счёт постоянного
конденсата и передачи рабочей жидкости ка=ллярно-пористым материалам
из охлаждающейся части трубки к нагреваемой.
Для увеличения теплоотводящей способности таких трубок используется
оребрение охлаждаемой части трубки.
В особых случаях могут быть использованы термоэлектрические охладители
на основе эффекта Пелетье. Суть эффекта состоит в том, что ири ирохожден=
постоянного тока в цепи с двумя различными материалами на одном контактном
спае тепло поглощается, а на другом - выделяется. Их достоинства -
длительный срок службы, бесшумность работы, обратимость процесса охлаждения
при изменении полярности источника питания, а недостатки - большие
масса и габаритные размеры, необходим источник питания.
Оценочный выбор способов охлаждения РЭС
Блоки РЭС второго или третьего уровня иредставляют собой сложную
систему элементов с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое
описание таких объектов невозможно из-за громоздкости задачи и
неточности исходных данных: мощности тепловых источников, теплофизических
свойств материалов, их сложной геометрии и т.д. В связи С этими обстоятельствами
на практике используются:
1) ориентировочный выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования
РЭС;
2) приближенные методы анализа и расчёта теплового режима модуля
РЭС.
Выбор способа охлаждения РЭС на ранней стадии проектирования целесообразно
выполнить с помощью специальных графиков, характеризующих области
целесообразного применения различных способов охлаждения
(рис. 6.51).
Рис. 6.51. Способы конвективного охлаждения в зависимости
от плотности теплового потока (g) и перегрева (Т)
Различают два типа областей (см. рис. 6.51):
1. Области, в которых можно рекомендовать пр именение определенно-
го способа охлаждения.
2. Области, в которых можно применять (по выбору) два или даже три
способа охлаждения.
Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам
охлаждения: 1 - естественное воздушное; 3- принудительное воздушное;
5 - принудительное жцдкостное; 9 - принудительное испарительное.
Области второго типа заштрихованы: 2 - естественное и принудительное
воздушное; 4 - принудительно воздушное и жидкостное; 6 - принудительное
жцдкостное и естественное испарительное; 7 - принудительное жидкостное,
принудительное и естественное испарительное; 8 - естественное и принудительное
испарительное.
Основным показателем, определяющим область целесообразного применения
способа охлаждения, принимается значение плотности теплового потока,
проходящего через поверхность теплообмена:
(6.1)
где Р - суммарная мощность, рассеиваемая РЭС с поверхности теплооб-
мена;
Sn - поверхность теплообмена РЭС.
ДЛЯ блока прямоугольной формы
(6.2)
где Кз - коэффициент заполнения объёма блока РЭС.
(6.2)
где V; - объём i - го компонента РЭС;
n - число компонентов;
V - общий объём РЭС;
L 1 ,L2 ,Lз - размеры сторон корпуса РЭС.
Вторым показателем является минимально допустимый пере грев компонентов
в блоке РЭС:
(6.3)
где Тmin - допустимая температура поверхности наименее теплостойкого элемента;
Тc - температура окружающей среды.
Для естественного охлаждения Те = Те та.х, т.е. соответствует максимальной
температуре окружающей среды. Для принудительного охлаждения Тc = Т вх
, т.е. соответствует температуре охлаждающего воздуха (или жидкости), используемого
в системе охлаждения РЭС.
Задача 1
вариант 14
a).
Решение:
Определим удельный тепловой поток:
=
220/0,6=367
Вт/м 2
Найдем объем пустого корпуса аппарата:
=
0,5*0,3*0,2=0,03 м 3
Определим по графикам значения функций
Задача 2 вариант 14
b). задача по оценке механического воздействия
исходные данные:
km=0,52
a=10 мм
kb=3 H/мм
200x150x1
p=2 г/см2
mэ=15
mn=55
Для решения задачи воспользуемся формулами:
Ответ: f0=6,9 Гц
ЛИТЕРАТУРА
1. ШИМКОВИЧ, А. А. Конструирование несущих конструкций РЭС и защита
их от дестабилизирующих факторов. Ч.1 : учеб. пособие по курсу «Конструирование
радиоэлектронных устройств» для студентов специальности «Проектирование
и производство радиоэлектронных средств». В 2 ч. ч. 1/ А.А. ШимКОВИЧ.
- Ми. : БГУИР, 1999.
2. Варламов, Р. Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры / Р.г. Варламов.
- М. : Сов. радио, 1975. - 352 с.
3. Боровиков, С. М. Теоретические основы конструирования, технологии
и надёжности : учеб. для студ. инж.-тех. спец. вузов / С. М. Боровиков. -
Минск: Дизайн ПРО, 1998. - 336 с.4. Достанко А.П., Пикуль М.И., Хмыль А.А. Технология производства ЭВМ. Учеб. Мн.: Вышэйшая школа, 2004.5. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭС. Учеб. М.: Радио и связь, 2001.6. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВС. Учеб. М.: Высш. шк., 2001.7. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник А.П. Достанко, В.Л. Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев. Мн.: Выш. шк., 2002.