Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры (1984) (1092053), страница 64
Текст из файла (страница 64)
сР! = 3,25 Вт/(мх.К) а 5,06 10 11. Мощность, рассеиваемая блоком в третьем приближенна, Рп! = 65 + 2 1,097 10 (44,3 — 29,7) =- 97,4 Вт; ш 1 !2 1,01 10а 1,095.10-а 11~~!~ = ~ '(29 7 20) +(О !12+0 !44)Х 3,25 Х29,7 — 0,112.701 = 44'С, 12. В соответствии с формуламн (6-76) н (6-77) получим окончательные значения 1к и То Гк — 34 32 33 5 — 34 32 1к — 44 25 3 — 44 34,6 — 34,32 Р = 97,4 + ° (82,5 — 97,4) = 102,5 Вт.
5-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕГРЕВА БЛОКА ПЛОТНОМ КОМПОНОВКИ ПРИ ЕСТЕСТВЕННОМ ОХЛАЖДЕНИИ Деление блоков по виду и характеру охлаждения. Ббльшая часть маломощной радиотехнической аппаратуры строится по принципу кассетной конструкции, в основе ко' торой лежит печатная плата, закрепленная на жесткой рамке. На печатной плате располагаются отдельные дискретные детали, микросхемы, микросборки н т. п. Кассеты в ',': блоке располагаются параллельно друг другу с зазором 2 — 10 мм. В зависимости от ориентации кассет, зазоров ;:,,', между ними и зазоров между кассетами и боковыми стен,:;:-'' ками блока различают следующие варианты конструкций по характеру теплообмена в ннх.
К первой группе относят конструкции, в которых между ';!:., нагретой зоной и герметичным корпусом имеются зазоры. В этих зазорах происходит циркуляция воздуха и, следова!:: тельно, между нагретой зоной и корпусом идет передача тепла конвекцией, лучеиспусканием,теплопроводностью. Зазоры между кассетами малы (2 — 3 мм), и конвекцией между кассетами можно пренебречь. Механизм передачи тепла '„;,~~!: между кассетами — теплопроводность через воздушные прослойки и металлические несущие элементы. Блоки, в которых кассеты расположены горизонтально или которые работают при отсутствии гравитации (а также если давление внутри блока меньше 1,3 кПа), тоже могут быть отнесены к этой группе.
Ко второй группе относят блоки, в которых кассеты рас- положены вертикально с зазором более 3 мм. Блоки рабо- '1~.,;::'г тают в условиях гравитации, и давление газа (воздуха) '-.";-.';::'- внутри блока более 1„3 кПа. В таких конструкциях в зазорах между кассетами и между нагретой зоной н корпусом перенос тепла осуществляется конвекцией, теплопроводностью и лучеиспускаинем К третьей группе относят конструкции, в которых отсутствует конвекция между кассетами и между нагретой зоной и корпусом. Здесь теплопередача осуществляется теплопроводностью и лучеиспусканием.
К этой же группе относят блоки, внутренний объем которых заполнен твердым или эластичным компаундом. Рассмотрим тепловой режим работы блоков первой (Ф'-' группы. На рис. 6-22 представлена схема конструкции и ее ';.ф' тепловая модель. Нагретая зона представлена в форме прямоугольного параллелепипеда, боковые грани которого совпадают с поверхностями крайних микросхем, правая грань— с поверхностью печатной платы, а левая расположена на ;: .расстоянии от крайней левой печатной платы, равном средней высоты микросхем Е„, расположенных на этой печатной плате.
Протяженность нагретой зоны по осям х, у, з составляет Ь„(.„и 1., соответственно. Выделяющаяся вну=;:-: три нагретой зовы тепловая мощность частично передает;:':. ся через несущие элементы конструкции к корпусу, осталь- !'; 'ная часть через боковой зазор 3 за счет конвекцин и луче испускания также попадает на корпус. 22 — 690 ззт Рис. 6-22. Блок кассетной конструкции (а) ь его теллокак модель (б) à — «ар«ус; а — нагретая вона; 3 — а«асс Определение тепловых сопротивлений частей конструкции. Рассмотрим тепловой режим )чй микросхемы, располо>кенной внутри нагретой зоны. Пусть этой микросхемой рассеивается мощность Рь Суммарная мощность, выделяющаяся в нагретой зоне, Р. Предположим, что в блоке включены все источники тепловыделения, кроме ~-й микросхемы.
Суммарная мощность Р,=Р— Р;; соответствующая ей фоновая температура ).й микросхемы будет т;Еь Представим перегрев этой микросхемы 1гал — 1, как разность температуры этой микросхемы и температуры поверхности нагретой зоны 1>,ь> — гаь температурного напора между поверхностью нагретой зоны и корпусом ум †н между корпусом и окружающей средой йн — 1с. Индекс «1» означает, что эти температурные напоры вызваны мощностью Р,: Г>«М Гс = г>Ф> гаг + гаг ак> + а«г ас. (6-78] При этом считаем, что температура микросхем во всех точках одинакова, 336 Возьмем другой случай.
Все источники выключены, яро,,;, ме )чй микросхемы с мощностью тепловыделения Рь Этот ;,.' источник создает перегревы, которым припишем индекс «2вг г1з ге= туз (ума+ гдмг газ+(вг газ+газ гс ,!: где гг т, гвз, гкз — средняя температура корпуса микросхе- ~,";::",:., мы, нагретой зоны и корпуса блока при действии источни- 'Е.,-;-;::,:-,,'ка РД Гм — темпеРатУРа в центРе микРосхемы ). Используя определение тепловою сопротивления гг— — (;=РоР» введем для каждого слагаемого в выражениях (6-78) и (6-79) соответствующие тепловые сопротивления: (тфт ввз = ггге.в(Р РЗ)) (Зз (тмв =- )твкРтй твг Гга = )хв.кт (~ Р1)' 6мз Гвз = )тзм.в Рг' — (с=як, (Р— Р); в, — г, =ггв Р,:, (кз — (с = )хксзРз (6-80) Коэффициент пропорциональности Р~е.в является тепловым коэффициентом, так как источник тепла распределенный. Величину иге.в можно найти на основании допущения, что передача тепла от внутренних источников тепла к наружной поверхности нагретой зоны происходит за счет коидукции, а источники тепла распределены по объему на::>, гретой зоны.
со следами изотермических поверхностей (рис. 6-23). цу площади ивотермической поверхности проходит поток В нашем случае Рг Р) чг= ) йг= Яг Яг теплового потока д прямо пропорциональна градиенту твердого тела Сквозь единя плотностью Ф Пл относи температуры: дГ и — Хйгабз = — ап— дл р» Для всех остальных равенств (6-60) между изотермическими поверх- ностями нет источников тепловыделения, а выражение для теплового )';:!'. сопротивления приобретает более простой внд: 'йв. гз Вывод зтнх формул основан на следующем.
Пусть имеется сечение (6-82) 341 )ЗтФ = )!«Ф.з + Йкк! + )зкс!! "!/м = )!нн + )!тм.з + )!В.кз+ )эка2! .*,::, здесь Ʉ— внутреннее тепловое сопротивление микросхемы Следовательно, температуру внутри !чи микросхемы можно вычислить, если известны способы определения тепловых сопротивлений. Тепловую проводимость от наружной поверхности корпуса в окружающую среду находим по методике, излогкенной ранее: б ак,= — = ~~ ~Й„,А, ( ) +Е„,)(!к, 1,)15к«„, ~и.=! где 5„— площадь поверхности грани кожуха; ~ — определяющий размер грани. Тепловая проводимость от зоны к корпусу а„„„=л„,З,, (-.:"-:::"!:.::.
где !!, — коэффициент теплоперсдачи в !и-й прослойке; 3, — средняя площадь т-й прослойки; здесь 5, и В, «„',':.";:.': . площади т-й поверхности кожуха и зоны. Если в прослойке находится воздух, то — '~/' !«,„! ! — + — — ! Вычисление тепловых сопротивлений й(фз и Й«мв базируется на представлении нагретой зоны в виде однородного изотропного параллелепипеда с равномерно распределенными внутренними источниками энергии. Тепловая характеристика внешней поверхности нагретой зоны может быть :.;::«:-:.!'" ,представлена как )!' !8-- !ч = Р(И„~+ В~„). Отсюда можно найти температуру нагретой зоны г,. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать однородный ' ',:,, параллелепипед с равномерным температурным полем на поверхности и равномерным распределением внутренних источников тепла по объему.
Определение теплопроводности нагретой зоны. Переход ;;' от системы разнородных тел к однородному телу произво-:;; дится в предположении, что блок состоит из повторяющихся элементов. Пусть нагретая зона содержит повторя::;:ющиеся элементы, в определенной последовательности рас,:,'. положенные в пространстве (рпс. 6-24, а). Говорят, что У лэу Ла и Рис. 6-24. Определение тепловых сопротивлений нагретой зоны и ее элементарной ячейки: а — кассетная конструкция блока с выделенной элементарной ячейкой обт:емом Ри б — элементарная ячейка и ее составные части; э — эквивалентные схемы тепловых сопротивлений эле- ментарной ячейки в направлении осей х, р и а система обладает дальним порядком, т.
е. в любом направлении геометрические и физические свойства системы периодически повторяются. Выделяют элементарную ячейку с объемом )г„внутри которой располагают микросхемы. В этой элементарной ячейке можно выделить ряд областей: 1 — объем платы; 2 — объем микросхемы; 3, 4, 5 и 6 — объемы пространства между стенками микросхемы и поверхностью элементарной ячейки (см. рис. 6-24, б). Допустим, что перенос тепла через элементарную ячейку можно рассматривать как теплопередачу через твердые области 1 — б по соответствующим направлениям х, у, и. Изобразим тепловые схемы по х, у, я в виде тепловых сопротивлений. Из этих схем можно определить результирующие тепловые сопротивления (проводимости) для элементарной ячейки по соответствующим координатам (рис.
6-24, в): 342 ! ! ! 1 1 й, =- йм + й„+ а»»+ а»»+ а»» + а»» (6-83) Л, = ' '", (6-85) 1я ая '";, где В"= (Р— Р1) (((.„(.„(.,) — объемная плотность источни,'- ков тепла; Е„, ь„, !'.,— размеры нагретой зоны. Определение температуры центральной микросхемы. Ре!;:: щенке задачи для любой точки нагретой зоны связано с ":„: некоторыми трудностями, поэтому часто ограничиваются ,:: нахождением температуры центральной микросхемы.
Оче:" видно, что при равномерном распределении источников теп:: ловыделения температура в центре будет максимальной :-;:;: при условии, что включены все микросхемы, кроме цент,': ральной; тепловое сопротивление пространства между цент';",'';! ральной микросхемой и поверхностью нагретой зоны . =, (» *,; »*, ».,»~ »" ) (6-86) 343 С другой стороны, проводимости можно найти, исполь. ::,':- зуя геометрические размеры ячейки и ее теплофизические ,;:;.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
