Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Рассчитываем эквивалентный диаметр канала: 2/кэ 1у+ Ьп+ 2);-*1 эм плоские корпуса с планарными выводами 0,25 Л, т/Ге/г(,в, при Ке < 2000; 0 026 ЛвВе ' /г1»кв прн 2000 < Ве < 10 ы где 1„, — высота 1-го компонента, 3. Определяем перегрев воздуха в сечении канала на расстоянии х: при проточной вентиляции -г Яэу +»1~9» 1000 С (5.77а) при вытяжной вентиляции Е,".'="г Я»1 1000 С (5.776) где Я вЂ” мощность 7-го компонента, расположенного перед корпусом рассчитываемого компонента по направлению воздушного потока в канале; и — число таких компонентов. у 4.
Определяем температуру воздуха в сечении канала на расстоянии х: (5.78) 1в = 10+ Ь1». 5. Рассчитываем критерий Рейнольдса: Саэкв В.е = иврв/вэ(~п 1) (5.79) 5.80) м 0,29 Л,т/Ге/г(,„, при Ве < 944; 0,037 ЛвВеа ~/г1»в» пРи 944 < Ве < 1Оа; цилиндрические корпуса ( 5.81) 0,39 Л,т/Ге/г(,„, при Ке < 944; 0,051 Л»Ве~'~/Аэв лри 944 < Ве < 10~; 284 где иэ — коэффициент кинематической вязкости воздуха; р — плотность воздуха; Хп — число печатных плат блока.
Величины и и рв определяются при температуре воздуха 1» (см. табл. 5.7). 6. Определяем коэффициент теплоотдачи для канала в зависимости от типов корпусов компонентов в сечении на расстоянии х: прямоугольные корпуса со штыревыми выводами где Л вЂ” коэффициент теплопроводности воздуха при температуре 1 (см. табл. 5.7). 7. Аналогично пп.1...6 определяем коэффициент теплоотдачи оз в соседнем канале, т.е. по другую сторону печатной платы, на которой расположен рассчитываемый компонент. Этап у.
Расчет температуры поверхности корпуса микросхемы Расчет температуры компонента проводится по пп,1... 5 этапа 3 анализа теплового режима блока ИЭП при свободной конвекции (см. (5.71)- (5.74)]. На этом расчет теплового режима блока ИЭП при принудительном охлаждении заканчивается. Расчет радиаторов Перегрев компонентов ИЭП можно уменьшить путем увеличения теплоотдающей поверхности, т.е.
установки компонента на радиатор. Для : систем воздушного охлаждения широко используют следующие типы радиаторов (17]; пластинчатые, ребристые, игольчато-штыревые, типа «краб», жалюзийные, петельно-проволочные. Их конструкции приведены на рис. 5.25. При наличии принудительного охлаждения наибольшей эффективностью обладают игольчато-штыревые радиаторы.
Исходными данными при проектировании или выборе радиатора являются: предельная температура рабочей области прибора 1; рассеиваемая прибором мощность Р; температура окружающей среды $о,' внутреннее тепловое сопротивление прибора между рабочей областью и корпусом В „; тепловое сопротивление контакта между прибором и радиатором В„.
Тепловая модель прибора с радиатором приведена на рис. 5.26. Методика расчета радиатора следующая [17]. 1. Определяем перегрев места крепления прибора к радиатору: =(,— .)- '(В..+В„), (5.83) где В„2,2. 10 «Яв; Яв — площадь контактной повеРхности, мз. 2. Определяем в первом приближении средний перегрев основания радиатора: ~1а = Га — 1а = 0,83(еп — 1о). (5.84) 285 1О 101 10 «сзйк 0г/агу( 100 б00 0 г у е диус 0 10 г0 50 008(ад Рис. 5.2в. Зависимости коэффициента эффективной теплоотдачи игольчато-штыревых радиаторов в условиях свободной конвекции Рис.
5.29. Зэвисимости коэффициента эффективной теплоотдачи игольчато-штыревых радиаторов в условиях вынужденного охлаждения кз к р ~6н 1 дк 1 % зе Рис. 5.2В. Тепловая модель прибора с радиатором: 1 — приБор; 3 — оБласть теплового контакта; 3 — радиатор 287 286 Рис. 5.25. Радиаторы воздушного охлаждения: а — пластинчатый; б — рейристый; е — игольчато-штыревой; г — типа «кравы д — жалюзный; е — петельно-Проволочный 3. Выбираем тип радиатора.
Эта процедура является эмпирической и предполагает знание сравнительной эффективности различных типов радиаторов. В первом приближении выбрать тип радиатора и условия теплообмена можно с помощью графиков, представленных на рис. 5.27. Здесь предполагается, что удельная мощность рассеивания а = Р1Бр задана и точка пересечения параметров 1515 и а указывает область, которой соответствует определенный тип радиатора и условия охлаждения (Яр — площадь основания радиатора). 4.
Определяем коэффициент эффективной теплоотдачи радиатора, 10« руба, вгугкз Рис. 5.2т. Графики выбора типа радизтора: при свободной конвекции — пластинчатые (1), рейристые (1...1), игольчато-гитыревые (1... 5); при вынужденном движении воздуха — пластинчвтые (3), рейристые (б, т, В), петельнопроволочные (б, 3), жалюзные (10, 11), игольчато-штыревые (11, 12) 00 10 00 00 40 00 70 10 а) Игольчато-штыревые радиаторы.
Графики зависимости коэффициента эффективности теплоотдачи игольчато-штыревых радиаторов приведены на рис. 5.28, а их конструктивные параметры — в табл. 5.9. В условиях вынужденного воздушного охлаждения коэффициент эффективности теплоотдачи этих радиаторов выбирается в зависимости от скорости потока воздуха о из графика на рис. 5.29. Таблица 5.6 Конструктивные параметры игольчато-щтыревых радиаторов приближении: азй, Вт/лЧ аза,ОГ/гттО где 100 В гтзфЯр/(Лрбр)' О 10 70 10 Дгвй 0 ! 7 3 4 цьуг РиС.
В.эо. ЗаВИСИМОСтИ КОЭффициента эффективной теплоотдачи ребристых радиаторов в условиях свободной конвекции (5.87) Яре = Р/о фУЛгяе) 6) Ребристые радиаторы, Графики зависимости коэффициента эффективной теплоотдачи ребристых радиаторов в условиях свободного и вынужденного охлаждения представлены на рис. 5.30 и 5.31.
Конструктивные параметры ребристых радиаторов приведены в табл. 5.10. 5. Находим площадь основания радиатора: Р Я, = 7г5з= озфз з (5.85) 6. Определяем средний перегрев основания радиатора во втором 288 40 00 70 10 Рис. 5.31. Зависимости коэффициенте эффективной теплоотдзчи ребристых радиаторов в условиях вынужденного охлаждения Таблица 5.10 Конструктивные параметры ребристых радиаторов (5.86) ((вЬ(Р /Я (Яр)с(1~(РЯ)/Р сЬ(Р /Я /Яр) + Ц Лр — коэффициент теплопроводности материала радиатора; Ор — толщина основания радиатора. 7. Уточняем площадь основания радиатора: Если перечисленные способы охлаждения ИЭП окажутся недостаточно эффективными, то можно рекомендовать для применения следующие системы охлаждения; жидкостную; испарительную; с помощью тепловых труб; с помощью эффекта Пельтье и т.п. Выбор конструктлвной схемы укаэанных систем охлаждения и их расчет приведены в [14, 17]. 5.2.7.
Зашита ИЭП от механических воздействий Для обеспечения работоспособности ИЭП и их модулей в условиях механических воздействий необходимо выполнить р л ить асчет действчющих на элементы конструкции и компоненты схемы Э р ру ИЭП пе ег зок от вибраций и ударов, а также максимальных перемещений Расчет на действие вибрации Периодическая вибрация характеризуется спектром, т.е. суммой гармонических составляющих, На рис. 5.32 приведена зависимость виброускорения ащ (-й гармоники от частоты /и Коэффициент виброперегрузки и и амплитуды виброускорения авг и виброперемещения баг связаны между соБой соотношением Таблица 5.11 Закрепление плат пы = аа /д = (4тг/рсо )/д. (5.88) 1.
Определяем частоту собственных колебаний отдельных конструкционных элементов ИЭП и их модулей. Частоту собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляем по формуле (5.89) где а и Ь вЂ” длина и ширина пластины; Р— цилиндрическая жесткость: Р Р.'Ьз/12(1 „г), аг а4 — +)гЬг+7Ьа. 7 приведены в табл. 5.11. Если прогиб и угол поворо- та на краю пластины равны нулю, то этот край считают жестко закре- пленным. Если прогиб и изгибаю- щий момент равны нулю, то этот край считают опертым, а есля изги- бающий момент и перерезывающая сила равны нулю, то этот край счи- тают свободным. Для пластины, закрепленной в четырех точках, Значения коэффициентов /с, о, )г, да//) /и Й /э 5 з аз ГРаЬ /а = (1+ — ) ~/ —. (5.90) 2аг Ь 'У' Рнс.
5.32. Спектр периодической вибрации, действующей на ИЭП 290 291 Š— модуль упругости; 6 — толщина пластины; и — коэффициент Пуассона; гл — масса пластины с элементами и компонентами; К вЂ” ко- эффициент, зависящий от спосоБа закрепления сторон пластины, опре- деляется по формуле а! г) (5.91) 1 к гп = п20+ т 2 К!гпг; 2=! Сст — гО/К с = Л/к, Л = х!3/Лщ, б = !3/2т. (5.92) 295 Таблица 5.12 Зависимость коэффициента ьь от способа эакреплеиил Частоту собственных колебаний балочных конструкций определяем по следующей формуле: где ! — длина пролета балки; у — коэффициент, зависящий от спосо- ба закрепления (табл.
5.12); ! — момент инерции; гп' — приведен- ная погонная масса: гпе — равномерно распределенная погонная масса; пц — 2-я сосредоточенная масса; и — число сосредоточенных масс на балке; К! — коэффициент приведения сосредоточенной массы гл! к равномерно распределенной. Значения козффициента К! в зависимости от относительной абсциссы сосредоточенной массы а; = а2/! (рис. 5.33) и вида закрепления приведены на рис. 5.34.
В табл. 5.13 приведены характеристики некоторых материалов, применяемых в ИЗП и их модулях. 2. Определяем коэффициент динамичности системы. Для механической системы с одной степенью свободы коэффициенты динамичности рассчитываются по следующим формулам: для силового возбуждения (см. рис.
5.33,а) К ° =х= — =((1 — 9 ) — с 9Г 2 2 2 2-1!2 Ь„ Ряс. з.зз. Модели ИЭП для анализа механических воздействий: модель механической системы с одной степенью свободы при силовом (е) и кинеизтическом (В) возбуждении; модель с шестью степенями свободы (е); модель балки (г), 'модель плзстины; ! — амортизатор; 2 — сзободныз край; з — закрепленный край; 4 — опертый краЯ для кинематического возбуждения (см. рис. 5.33,5) «! /Г+ с22!2 Ь ьет Е) ~,Ч" ГГ (5.93) где Яь — амплитуда вынужденных колебаний; Ь вЂ” статическое смещение системы под воздействием силы ГО'. ГΠ— амплитуда возбуждающей силы Е(!); К вЂ” жесткость системы; ~ — амплитуда вибросмещения основания; г! = ///Π— коэффициент расстройки; / — частота возбуждения; /Π— частота собственных колебаний системы; с — показатель затухания. Показатель затухания с, коэффициент затухания 6, декремент затухания Л и коэффициент вязкого трения !у связаны между собой следующими соотношениями: Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
