Как показано в [1] масса конструкции m_k=q_m*m_эл, где q_m – коэффициент дезинтеграции по массе, m_эл – суммарная масса РЭ. Примем значение q_m=14.62 и определив по таблице 2.1 m_эл=120.064 г., найдём что m_k=1.755 кг. Сравнивая полученное значение с требованиями к массе, записанной в ТЗ, убеждаемся, что выбранные РЭ обеспечивают требования к массе.

Объём конструкции может быть найден следующим образом V_k=q_v*V_эл, где q_V – коэффициент дезинтеграции по объему, V_эл – суммарный объем РЭ. Примем значение q_v=18.9 и определив по таблице 2.1 V_эл=997.088 мм³, найдём что V_K=18.47 м³. Пересчитав требования к габаритным характеристикам ШИМ-преобразователя записанные в ТЗ в объём, найдём V_kТЗ=1620 м³. Сравнивая ожидаемые значения V_k с V_kТЗ делаем вывод, что РЭ обеспечивают требования к габаритным характеристикам прибора.

Вычисляем площадь печатной платы по формуле: S_пп=q_s*S_эл , где q_s - коэффициент дезинтеграции по площади, S_эл – суммарная установочная площадь радиоэлементов. Примем значение q_s=2,5 и определив по таблице 2.1 S_эл=803.04 мм², находим S_пп=20 cм².

2.2.3 Обеспечение работоспособности РЭ в условиях эксплуатации, выбранных для ШИМ-преобразователя

Чтобы убедиться в работоспособности РЭ в условиях эксплуатации выбранных для ШИМ-преобразователя обратимся к таблице 2.2., в которой приведены эксплутационные данные характеристик РЭ.

Таблица 2.2

Тип элемента	Диапазон рабочих температур, С
LM311D	от -40 до +80
RC1206	от -55 до +125
СС1206	от -55 до +125
BAV70	от -65 до +150

Сравнивая температурный диапазон эксплуатации РЭ изделия с допустимыми значениями температур, которые даны в ТЗ, убеждаемся, что температурный диапазон эксплуатации ШИМ-преобразователя лежит внутри температурного диапазона эксплуатации РЭ.

2.2.4 Конструктивная и технологическая совместимость РЭ

Анализ габаритных размеров РЭ и их конструктивно-технологических характеристик позволяет сделать вывод о том, что среди РЭ отсутствуют РЭ выпадающие по размерам из общего размерного ряда.

Установка всех РЭ на плату производится с помощью монтажа на поверхность, следовательно, РЭ конструктивно и технологически совместимы.

3 Разработка конструкции РЭС

3.1 Выбор типа конструкции и компоновочной схемы модуля

Выбор типа конструкции и компоновочного решения блока обусловливается объектом установки РЭС, видом и интенсивностью воздействия внешних дестабилизирующих факторов. В свою очередь тип конструкции в значительной степени определяет свойства внутренней структуры блоков РЭС.

В основном применяются три типа конструкций: разъёмная, кассетная и книжная. Однако как сказано в ТЗ мы ведем разработку модуля, значит, тип конструкции будет – модульный.

3.2 Выбор системы охлаждения

При выборе системы охлаждения используются следующие исходные данные: тепловой поток, рассеиваемый поверхностью теплообмена (корпуса) конструкции Р_п=2.189Вт, [пункт 2.2.1]; допустимая рабочая температура наименее теплостойкого элемента t_{эл min}=+80 ⁰С [пункт 2.2.3] ; максимальная температура окружающей среды t_{c max}=+60 ⁰С [пункт 1.5.7] ; минимальное давление окружающей среды Н_{c min}=61 кПа [пункт 1.5.7] ; нормальное давление окружающей среды Н = 101,3 кПа. 200х90х90 мм

Рассчитаем площадь поверхности теплообмена корпуса:

S_к=2*(2*200*90+90*90)=882 см².

Рассчитываем плотность теплового потока по формуле:

,

где – поправочный коэффициент на давление окружающей среды.

Р_os=32.064 Вт/м²

Найдем допустимый перегрев в конструкции по формуле:

t_доп= t_{эл min}-t_{c max}=80–60=20.

Значение Р_os и t_доп являются координатами точки, положение которой на диаграмме [1, рис.4.1] определяет систему охлаждения конструкции. Найдя на диаграмме положение точки (Р_os, t_доп) выясняем, что она попадает в зону 1, которой соответствует естественное воздушное охлаждение.

3.3 Расчет элементов печатной платы и ее площади

Радиоэлементы располагаются на печатной плате по одной стороне.

Площадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов находят по формуле:

,

где q_s – коэффициент дезинтеграции по площади (q_s =2,5 ) ,

Sэ – установочная площадь I-го радио элемента ,

N – число радио элементов .

S_пп=20 см² [пункт 2.2.2].

Выбираем печатную плату с размерами 150*80 мм 3-го класса точности, так как она, с одной стороны, обеспечивает достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для ее производства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

В таблице 3.3 показаны конструктивные параметры элемента печатной платы и номинальный размер для разных классов точности.

Таблица 3.3

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, mm	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
S, mm	0.75	0.45	0.25	0.15	0.1
b, mm	0.3	0.2	0.1	0.05	0.025
f	0.4	0.4	0.33	0.25	0.2

где t – ширина печатного проводника;

S – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка;

b – гарантированный поясок;

f – отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированых отверстий, к толщине печатной платы.

Печатная плата будет выполнена из стеклотекстолита FR-4

3.4 Расчет размеров и разработка конструкции корпуса

И з стандартных корпусов выберем G0476

Материал	алюминий
Цвет	натуральный алюминий
Тип	G0476
Применение	общее
Размеры, мм	152.4x84.5x50.8
Температурный диапазон, С	-40...90

Рисунок 3

4 Оценка показателей качества конструкции

4.1. Тепловое моделирование и расчет теплового режима конструкции.

Тепловой режим разработанной конструкции должен соответствовать требованию нормального теплового режима: температура в любой точке конструкции t_j не должна превышать допустимой рабочей температуры наименее теплостойкого элемента t_эл.min. Следовательно, поверочный расчет теплового режима необходимо доводить до определения температур t_эл.min. Однако на практике условия нормального теплового режима конструкции приобретают иное толкование, связанное с особенностями тепловой модели конструкции.

Закономерности процессов теплообмена конструкций РЭС с окружающей средой в значительной мере определяются их структурой. Поэтому многообразие существующих конструкций можно представить классами, для каждого из которых характерна своя тепловая модель и набор показателей, необходимых для оценки теплового режима. Одним из признаков классификации может служить структура нагретой зоны конструкции.

Разрабатываемая конструкция выполнена на одной печатной плате, размещенной в корпусе, поэтому для нее может быть применена модель теплового моделирования и расчета теплового режима конструкций РЭС с источниками тепла, расположенными в плоскости.

Размещение тепловыделяющих элементов в плоскости дает возможность при оценке теплового режима ограничиться расчетом среднеповерхностной температуры нагретой зоны t_з, которая с небольшой погрешностью может быть принята в качестве характеристики теплового режима элементов.

Представим конструкцию в виде тепловой модели (рисунок 4), где 1 - корпус, 2 - печатная плата (нагретая зона), 3 – элементы крепления, теплопроводностью которых мы пренебрегаем.

При построении тепловой модели принимаются следующие допущения:

• нагретая зона является однородным анизотропным телом;

• источники тепла в нагретой зоне распределены равномерно;

• поверхности нагретой зоны и корпуса - изотермические со среднеповерхностными температурами t_з и t_к соответственно.

Рисунок 4

Для данной тепловой модели можно составить следующую тепловую схему (рисунок 5).

Рисунок 5

С поверхности нагретой зоны посредством конвективной (зк) и лучевой (зл) теплопередачи через воздушные прослойки, тепло передается на внутреннюю поверхность корпуса. За счет теплопроводности стенок (ск) тепло выводится на наружную поверхность корпуса, откуда конвекцией (кк) и излучением (кл) переносится в окружающее пространство. При малой толщине стенки ( =1.5...2мм) тепловым сопротивлением стенок корпуса, выполненного из металлических сплавов с высоким коэффициентом теплопроводности, можно пренебречь. Так как в нашем случае это условие выполняется, то тепловая схема примет вид, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6

Предположим, что перегрев окружающая среда – корпус Δt=10C. Максимальная температура окружающей среды – t=60C [пункт 1.]. Тогда температура корпуса t_К=70C. Определим значение коэффициента теплопроводности лучеиспускания по номограмме. λ_0,8луч=7,3 Вт/(м²⋅К) – для степени черноты поверхности 0,8. Для корпуса, изготовленного из алюминия степень черноты поверхности ε_Ч =0,3.

Тогда α_Л= λ_0,8луч⋅ ε_Ч/0,8 = 2,74 Вт/(м²⋅К).

Находим коэффициент теплопроводности конвекции для параметров Δt=10C, t_ср=65C, .

По номограмме α_К = 3,7 Вт/(м²⋅К).

Определим площадь поверхности блока S_бл=0,05м².

Теплопроводность лучеиспускания σ_Л = α_Л⋅ S_бл=0,137 Вт/К. Теплопроводность конвекции σ_к = α_к⋅ S_бл=0,185 Вт/К. σ_Σ = σ_К + σ_Л =0,322 Вт/К. P= σ_Σ⋅ Δt=3,22 Вт.