Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 42
Текст из файла (страница 42)
еер Под оптимальным типоразмерным рядом х~ понимается такой набор типоразмеров модулей ИЭП хк = (хыха,..., хрг), при котором целевая функция (5.18) достигает минимума при условии выполнения ограничений (5.19)-(5.22), а число сУ определяет количество типоразмеров модулей ИЭП в данном оптимальном ряду.
Решение комбинаторной задачи (5.18)-(5.22) при значительной размерности исходных множеств 1 и 1 связано с вычислительными трудностями, которые могут быть частично преодолены, если использовать особенности функций 7~1(Уа) и Сь(Уа). Последние предполагаются строго возрастающими. (5.19) 246 5.1.3.
Пример расчета оптимального типоразмерного ряда радиаторов полупроводниковых приборов ИЭП Радиаторы предназначены для рассеивания мощности, выделяемой полупроводниковыми приборами с целью поддержания температуры коллек- ИЗП, торного перехода приборов не выше допустимой по условиям применения в , эксплуатируемых при различных климатических параметрах окружа. ющей среды. Зависимость температуры коллекторного перехода полупроводникового прибора от основных параметров радиатора определяется по формуле с+1р( +Вр ), (агз) где сс — температура окружающей среды; Р, — мощность, рассеиваемая полупроводниковым прибором; Вр — тепловое сопротивление радиатора; д— средний коэффициент неравномерности распределения температуры по радизтору; В„р — тепловое сопротивление переход-радиатор.
Если мощность Р„„увеличивается, например, при применении полупроводникового прибора другого типа, то согласно формуле (5.23) тепловое сопротивление рздиатора должно соответственно уменьшаться. Тепловое сопротивление определяется по формуле 1 Яр —— а рГр где а — приееденныЯ коэффициент конвективной теплоотдачи радиатора Гр — эффективная площадь теплоотдачи радиатора. Уменьшить Вр можно в основном за счет увеличения площади Гр. Увеличение теплоотдачи радиатора (при соблюдении эффективности конструкции, т.е. при соблюдении наилучших соотношений по толщинам оснований и ребер, шагу между ребрами, высоте ребра, форме его поперечного сечения и т.д.) возможно достигнуть только за счет увеличения объема радиатора.
Таким образом, главным параметром радиатора, по которому следует производить построение типорззмерного ряда, является его объем, связанный с мощностью Р„„и определяющий возможность его применения для конкретного полупроводникового прибора при заданных условиях окружающей среды. Одновременно полагаем, что в составе типоразмерного рядз рассматриваются конструкции радиаторов, обладающие наибольшим значением относительной рассеиваемоЯ мощности на единицу объема радиатора Рр при нагреве на 1'С, что определяется выражением Рр = — = —, Ур лср УрАр где Ур — объем радиатора; Ыр — — ср — 1, — перепад температуры на поверхности радиатора.
Следовательно, каждый типоразмер радиатора в виде высоты, ширины и длины (В, В, В) однозначно определяет его объем и относительную рассеиваемую мощность. Анализ конструкциЯ радиаторов показывает, что соотношения размеров сторон основания радиаторов находятся во взаимосвязи, тесно коррелированы и могут быть описаны регрессионной функцией линейного вида. Зная площадь основания радиатора и его объем, определяют высоту ребер. При этом необходимо учитывать, что увеличение высоты ребра при постоянное толщине снижает эффективность радиатора.
Потребность в радиаторах для различных электронных изделий будет определяться: применяемоЯ компонентной базой (в той ее части, которая относится к полупроводниковым приборам с повышенно» мощностью рассеивания); числом полупроводниковых приборов, требующих установку их на радиатор в определенных условиях окружающей среды. 247 Начало Ввод нслаАньм Аз нньсс н, у (м), ж (ы), здтн (м) Расчет ззтрзт нз производства млтдота типорвзмврв ВР 1М) прмсммнмо мвсснзу 6 знзчвни» нв уровня знвчвнн» неладного ряда Расчет затрат нв производство рядов Здт00 нв длинам уронив Выбор минимзлынм затрат М! ИЗАТ нв данно» уровне С, = 0,133)г, + 35,33, (5.24) Срвзнвнна с полученным нв прад».
дневи уровня знзчнннвм м взят > яесояо Сн, = С,ту™' = (0,13ЗК + 35,33)тбГ) Нпт (5.25) Прнсммнив оптнмвльнану ряАу знвчвннд ряда с мнннмзльныын затратами; М!Нздт яесодп пврвяад нв слвдуиныо урозвнь. ° отвлвннв сптимзльнога ряда Вывод а пачем опптмпьното тнпорззмврнм о рлдн 'Халва (5.25) С.„= К.(И 248 249 Указанные данные с учетом повторяемости ИЭП в составе электронных средств будут определять функцию спросз в виде годовой потребности радиаторов соответствующих размеров. Числовые значения по применяемости радиаторов получают из анализа конструкторской документации последовательным раскрытием состава по спецификации сборочных единиц, вплоть до повторяемости ИЭП в составе электронных средств. Собранный и обработанный статистический материал по применяемости радиаторов позволяет оценить минимальные и максимальные значения размеров радиаторов,' количественную потребность каждого типоразмера в исходном ряду, а также оценить перспективу их развития в связи с применением новых мощных полупроводниковых приборов в различных ИЭП.
Технико-экономический анализ показывает, что затраты, связанные с изготовлением радиаторов, прямо пропорциональны их объему и массе. С увеличением серийности выпуска стоимость радиаторов пропорционально снижается. Для определения зависимости стоимости от объема радиатора (при расчете рваных типоразмеров) используют среднестатическую эмпирическую за- висимость где Ст — стоимость т-го типоразмера в условных рублях; )гг — объем радиатора, смэ. При серийном изготовлении т-го типоразмера в количестве ту, штук стоимость Сит определяют по формуле где Л, — коэффициент серийности, определяемый на основании опытных данных (Л. = 0,1...0,2).
Потери на адаптацию появляются в связи с несовпадением нужного потребителю типоразмера радиатора с типоразмером из ряда и определяются применением большего типоразмера радиатора. Используя радиатор с большим объемом, следует предусматривать в аппаратуре дополнительные объемы для размещения этого радиатора, что приводит к определенным потерям. Увеличение объема и массы можно оценить в стоимостном виде, используя соответствующие статистические данные по видам аппаратуры, которые позволяют определить стоимость использования единицы объема, занимаемого аппаратурой.
Проводя оценки путем парного сравнения по всему исходному ряду, составляют квадратную матрицу адаптационных потерь, где число строк соответствует числу членов исходного ряда. В конкретном случае для упрощения расчетов применяют аналитическое выражение, аппроксимирующее указанные потери в виде линейной функции где С,т — стоимость потери от несоответствия требуемых значений объ емов )г„радиаторов, имеющихся в оптимальном типораэмерном ряду К, при Рве. 5.4.
Структурная схема алгоритма оптимизации типора Р ипо азмерного Ряда радиаторов ' = )Рз Спту = 0; Кл — коэффициент приведения стон стоимости использования единицы объема (массы). анных можно рекомендовать По результатам обработки статистических данных можно рекоме для расчета типоразмерного ряда Раяиа тратам на производство На основе сформулированных эависимос симостей по затратам на произв 26 25 20 30 40 БО 10 70 1000 222 400 333 В1 60 22 100 С 101 21 Б65 777 251 250 птвсяв снтбь, и<ба>, ГТВАВ<бо>, гтвяе(60), Овач, гатн(бо> 01ЯБ$510$ еАт(50), сг(БО) 1втяаява2 С(60,50,60), Ч(60), ОРТЕ(60), ВЕЕ(БО) ВЕАЪ Н1$ЕАТ ВБАО (6,2) Н ЕЕАО (6,3) (Ч(1>, 1=1,Н) ИБАО <Б,з> <и<т>, 1' З,н> ИБАО (5,3) (ЕАТЙ(1), 1 1,Я) РВЛВТ 4 РВ1ИТ 6, Н РВ1ВТ 6 Рвтвт 3, (ч(1), 1 ).н> РВ1ВТ 7 Рвпт 3, <гпп, 1 (,н> РВ1ИТ 6 РВпт 3, <еап(1).
1 З,н ) Говнат ()з> ГОВНАТ (10(15, 11)) РОВНАТ (СХ, 'ХСУОДНЫБ ДАННКБ: ') ГОИНАТ (10Х, >НОВ-ВО ТКПОРАЗНБРОВ КС10ДКОП) РЯДА: >,13) Гавнат (101, 'ПАссвв ОБъеяОВ Йсхапкота РядА: ') РОВНАТ (101, 'НАССНВ ЗЯАЧЕККМ СПРОСА РАДНАТОРОВ: ') РОВНАТ (1ОХ,'ПАССИВ ЗАТРАТ НА РАЗРАБОТКУ Я ПОДГОТОВКЛ ПР-ВА>') БЕСОВО 1000000000.0 нтиеат=>оооооаооо. о РО 10 1 З,н СР(1) 0133ач(1)+Ч(1)+36,33 0(1.1.1) 1 ОРТВ(1)=1 ОВОЧ=1 Х 1 00 20 1 З,х 00 222 З З,Я Р1ВАВ(Л) 0 ЕАТ(1) 0 РО 21 Й=З,Я П 1 1$ (С(ОКОТ,1,И).ИЕ.О) СОТО 100 ИВАВ(В+1>+ИВАВ(И)+$1(В) П "0 ОО 22 $1кв,н 1Р <с<аврч,1,$1).ец.а) с01О 22 Па ° 1 СОТО 101 СОИТЗЙОЕ 1ИО В $1ВАВ(В) И(в)+Г1ЗАВ(В) ЕАТ(1) О,аза(ч(тва) У(1)аГ1(в)+ХАТИП)ап+ЕАТ(1) СОВТ1ВОЕ 00 26 ЗЦ 1.Я 1Р (С(ОВОЧ,1,ЛД).БЦ.О) СОТО 26 Г1ИАВ(ЛП) Р1ИАВ(ЛП)+И(ЗС) Рис. 5.3. Текст программы оптимизации типораэмерного ряда радиа торов ЕАТ(1)=СГ(ЗС>к<ГЛВАЗ<ЛП> О,ЗБ+ит<1) СОТО 25 Г1ВАВ(За+1) Р1ИАВ(ЛЯ+1)+Г1ВАВ(ЗЦ)+Г1(ЗЦ) саитпое совт1$0Б 00 30 Л=З,Е Зг <ХАТ()7.ст.нпеат) сота зо лпеат хат<И тнаяхкЛ савттвая тг (нпгп.ст.вясаид> сота еоо Ввсава нтиат Оа 40 Х1 З,н ОРти(х1)=с(аиач,1наех,х1) СН151.-0 Оа Бо 1 ),н и <с(аиачктваях, 1).ве.о) оота Бо СИПИ СНЗБЪ+1 савттвая СНПХ Н СНХВЪ-1 00 60 ИЗ З,СН131.
00 Со И ),н а<Сваг+1,$),В2>=а<авоч,паях,вг> ОвачкаВОЧ+1 тва З ао то 1=),н 1Г (С(овач"1,1ВОЕХ,1).ЕП.О) СОТО 70 0(авач,тва,т> о Па-тваж саиттвое Б-сипя нпеат Зооооооооо.о сато Аооо РВ1ЙТ 333, ВБСОВО ГСВЯАТ<201, Рязгпьтат пгн нпевт ,ио.ь> по-о Оа во ти ),н п <ОРТЕ<та>.еп.о> сато аз 1$0 Па+1 паях аие(п> ВБЕ (тва) кч (1$0БХ> Гтвях<тва>-ГА<1$> оата зо ГХ(П+1) И(1$+1>+И(тн> санп псе РИ1ЙТ 566,(ВБЕИЛ)),Ш 1,1ВЭ) ГОВНАТ (9Х 70(»)/ 9Х >ОБЪБЯ РАДКАТОРА 1> 10(14 П >1>)) Рвтвт 777,(гтвях(ътт>.ътт-),твн> ГОВПАТ (9( 70(э э)/ 9( >ПОТРББКОСТЪ ВТ 1> 10(14 1,'(, 1>)) ЗТОР БИО Рис.
В,в.. Текст программы оптимизации гипораэмерного ряда радиаторов (окончание) Таблица 5 1 Исходные данные оптимизации типорезмерного ряда радиаторов Число типоразмеров радиаторов Массив объемов исходного ряда радиаторов, см 54 216 500 57 62 230 250 72 287 37 43 46 104 113 154 395 415 428 20 26 33 79 85 96 305 324 366 Массив значения спроса р ов, шт адиатоо 68 240 360 38 145 45 8 220 95 10 49 15 8 26 65 5 20 25 15 110 20 5 32 15 15 20 14 Массив затрат нэ разработку и пронзав дство радиаторов, уел.руб. 4900 5200 8300 8700 5430 9000 3000 3300 3500 3680 4000 4500 4700 5700 66000 6330 6830 7200 7550 ?900 300 9550 9900 10200 10500 11000 11700 (5.25) и потерям на адаптацию (5.26), а также учитывая затраты на разработку и подготовку производства радиаторов находят выражение для критерия оптимиззции типоразмерного ряда объемов радиаторов (целевую функцию) вида П В(У) = ~' (Сы+ Сач + ~~~ (Сы77УО] — ~ ш1п (5.27) =з 7=1 при ограничениях т Е ?Уо=ипь 1=1,пц 1=1,п; шип, шз ~=! где Сы — затраты на разработку и подготовку производства 1-го типоразмера радиатора; Сан - затраты на производство 1-го типоразмера радиатора в количестве У; штук; С; — потери на адаптацию при применении У;-го объема радиатора, отличного от Уу-го объема, требуемого потребителю.
Для решения задачи получения оптимального типоразмерного ряда радиаторов используют метод ветвей и границ и реализованную на его основе программу. Структурная схема алгоритма и текст программы приведены на рис. 5.4 и 5.5. ИсходноЯ информацией для этоя программы являются следующие данные (табл, 5.1): число типоразмеров исходного ряда радиаторов; массив объемов исходного ряда радиаторов; массив значениЯ спроса радиаторов; массив затрат на разработку, подготовку производства и изготовлени~ радиаторов.
При оптимизации типораэмерного ряда по этой программе находят значение каждого типоразмера оптимального ряда радиаторов и затраты на его Таблица 5.2 Результаты оптимизации типорезмерного ряда радиаторов Объем радиатора, см 43 85 113 305 500 Потребность, шт. 851 450 54 77 155 производство.
Результаты расчета оптимального ряда радиаторов приведены в табл. 5.2. Получив оптимальныи ряд объемоэ радиаторов в виде значении 43, 85, ПЗ, 305 и 500 см~, находят габаритные размеры радиаторов (Н, В, В), используя данные анализа статистических исследованид по взаимозависимости габаритных размеров радиаторов от их объема при помощи регрессионных моделеЯ. 5.2. Конструирование источников электропитания н их функциональных узлов Конструирование ИЭП 4-го и 5-го поколений в составе электронных средств осуществляется с использованием модульного принципа и базовых несущих конструкция (БНК) 111, 12], что позволяет: применять современную и перспективную компонентную базу; разрабатывать ИЭП на основе модулей нулевого, первого, второго и третьего уровней разукрупнения; обеспечивать высокий уровень унификации и технологичности; обеспечивать эффективную защиту ИЭП от механических и климатических воздедствид; обеспечивать заданный тепловой режим и электромагнитную совместимость; создавать условия ремонтопригодности и безопасности; разрабатывать ИЭП с применением автоматизированного проектированил аппаратуры; обеспечивать минимальные затраты на проектирование и изготовление ИЭП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
