135890 (722728), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

t₂ - температура окружающей среды;

S R_т- суммарное тепловое сопротивление от источника тепла до его стока.

R_т = R_iт + R_тс + R_тт

Тепловое сопротивление конструкции определяется из выражения: l

R_т = ---- , l S

где l - расстояние от источника тепла до его стока;

l - теплопроводность;

S - окружающая поверхность;

Из выражения видно, что конструкция силового модуля должна обладать:

кратчайшим расстоянием от источника тепла до его стока

(l должно быть минимальным);

максимальной площадью окружающей поверхности (S должно быть максимальным);

материал теплоотвода должен обладать максимальной теплопро­водностью (l должно быть максимальным).

Наиболее полно этим требованиям отвечает конструкция изде­лия, которая обладает:

- максимальной площадью поверхности при одновременном умень­шении ее объема;

- применением активных элементов с малым тепловым сопротив­лением, т.е. необходимо применить бескорпусные элементы;

- применением конструкции малокорпусных или бескорпусных пассивных элементов (трансформаторы, дроссели);

- применением алюминия, меди, окиси бериллия, керамики 22ХС и им подобных материалов.

Кроме того, такие конструкции обладают минимальной материа­лоемкостью, максимальной простотой монтажа, улучшенными электри­ческими параметрами.

КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МИКРОМОДУЛЯ

Конструкторско-технологическая проблема миниатюризации сило­вых устройств заключается в необходимости создавать и применять специальные бескорпусные полупроводниковые приборы и микросхемы,

специальные намоточные детали и особые методы конструирования,

обеспечивающие плотную упаковку элементов и низкое внутренне те­пловое сопротивление конструкции.

На дюралюминиевой подложке МСБ (l₃=4 мм, 190х130;

l= 170 Вт/м град) расположены дроссели диаметром 36 мм, мощностью 2,8 Вт; диоды диаметром 14 мм и мощностью 1,6 Вт каждый; транс­форматор диаметром 55 мм, мощностью 1,85 Вт; 10 транзисторов диа­метром 10 мм; мощностью по 0,83 Вт каждый, крепятся на медной пластине размером 55х67х2,7 мм.

Применение бескорпусных приборов позволяет уменьшить объем конструкции и довести его до величины полностью определяемой энергетическими соотношениями и условиями охлаждения.

В нашем случае мы рассматриваем тепловой расчет микроузла, который позволяет нам определить картину температурного поля ГИС с помощью расчета тепловых режимов и взаимовлияния элементов.

Примем условные обозначения:

W_i - удельная мощность рассеивания элемента, Вт/см²;

W_{i max} - максимальная удельная мощность рассеивания элемен­та, Вт/см²;

DQ - допустимая абсолютная погрешность перегрева, ^oС;

l - теплопроводность подложки, Вт/м - град;

l₃ - толщина подложки, нм;

R_k - контактное тепловое сопротивление, м² град/Вт;

Z_o - эквивалентный радиус тепла, мм;

r_o - эквивалентный радиус источника тепла, мм;

P_i - мощность источника тепла, Вт;

S_i - площадь поверхности источника, мм²;

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ТЕПЛА

Экивалентный радиус подложки

Z_o= 90 мм;

Эквивалентный радиус источника тепла r_o=7 мм;

Критериальную величину рассчитываем по формуле:

|\\\\\\\\\

|\\\ / 17Z_o²

^{j=? B}_i ^{= / --------- ;}

? R_k7l7l_з

|\\\\\\\\\\\\\\\

/ 17(9710^-2)²

^{j = / ---------------- = 3,5; где R}_k ^{= 10-3,}

? 4710^-37170710^-3

B_i - критерий Био;

j - критериальная величина.

Для нахождения критерия f необходимо определить отношение r/Z_o.

Определяем функцию f(r/Z_o,j) по таблице;

Y(r/Z_o,j)=0,5064

При r=r_o определяем тепловой коэффициент F(r_o); отношение r/Z_o,j= 0,7/9,0=0,078

1

F(r_o)= ----- Y(r/Z_o,r/Z_o,j)

2l₃7l

F(r_o) = 0,37 град/Вт

Температура в точке r=r_o составляет

t(r_o)7t_c = P7F(r_o)

t(r_o) = 70,6 град

t_c принимается равной t^o устройства и равно 70^o.

Рассчитываем коэффициент F(r/Z_o) для следующих точек:

r/Z_o=0,2;0,3;0,6;1.

Из таблиц находим функцию Y для этих точек:

Y(0,2)=0,228 Y(0,6)=0,0376

Y(0,3)=0,136 Y(1)=0,0158

Тепловые коэффициенты равны:

F(0,2)=0,17 F(0,3)=0,10

F(0,6)=0,03 F(1,0)=0,012

Перегревы в этих точках составляют:

Q(0,2)=0,27 Q(0,6)=0,048

Q(0,3)=0,16 Q(1,0)=0,02

Вокруг каждого источника делаем окантовку - зону влияния элементов.

2.1.2 РАСЧЕТ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Для каждого i-того источника тепла рассчитывается влияние на близлежащие к центру этого источника точки y-х элементов схемы, которые хотя бы частично заключены в области прямоугольника i-то­го элемента.

Температура любой точки поверхности основания определяется по формуле:

K_i7W_i

Q_i= -_---- 2 e(q₁r₁) + Sign q₂7e(q₂r₁) + Sign r₂7e(q₁r₂) +

[

+ Sign q₂7Sign r₂7e(q₂r₂)2

]

q₁ = d₁^' + |x_o| r₁ = d₂' + |y_o|

q₂ = d₂' - |x_o| r₂ = d₂' - |y_o|

q_o = min q₁r max q₁r

K = ---------- , q_c

D1 D2

где d₁^'= --- и d₂'= ----

l₃ l₃

D1 и D2 - размеры источника тепла;

К_к - коэффициент качества конструкции; l₃

_{Кк= -- . l}

X_o, Y_o - безразмерные координаты точки, в которой определяется перегрев в системе координат, центр которой совпадает с центром

i-того элемента, а оси /1-6/ сторонам i-того элемента;

x_o = x_o / l ₃

_{e(q1r) = e1(qo) - e2(qok)}

e₁(q_o) и e₂(q_ok) даны в таблице.

Определим перегрев Q_1-2 в ближайшей тоске влияния дросселя (элемента 2) на транзистор (элемент 1).

d₁^' = 27,5 / 4 х_о = 4,75

d₂' = 33,5 / 4 у_о = 0

q₁ = 11,65 r₁ = 8,4

q₂ = 2,15 r₂ = 8,4

К₁ = 1,4 К₃ = 1,4

К₂ = 4,0 К₄ = 4,0

e (q₁;r₁) = 1

e (q₂;r₂) = 0,9726

e (q₁;r₂) = 1

e (q₂;r₂) = 0,9726

Q_1-2 = 0,197

Перегрев в ближайшей точке влияния дросселя (элемент 2) на диод (элемент 3)

Q_3-2=0,00003

Для остальных элементов:

Диод (элемент 3) Q_1-3 = 6710^-3 на транзистор

Стабилитрон (элемент 5) Q_1-5 = 6710^-3 (элемент 1)

Транзистор (элемент 1) Q_2-1 = 3710^-4 на дроссель

Диод (элемент 3) Q_2-3 = 6,63710^-2 (элемент 2)

Трансформатор (элемент 4) Q_2-4 = 4710^-4

^{Стабилитрон (элемент 5) Q}_2-5 ^{= 3710-6}

Транзистор (элемент 1) Q_3-1 = 0 на диод

Трансформатор (элемент 4) Q_3-4 = 1,6710^-2 (элемент 3)

Дроссель (элемент 2) Q_4-2 = 7710^-6 на трансформа-

Стабилитрон (элемент 5) Q_4-5 = 1,47710^-3 тор (эл. 4)

Транзистор (элемент 1) Q_5-1 = 7,8710^-5 на

Дроссель (элемент 2) Q_5-2 = 7710^-4 стабилитрон

Диод (элемент 3) Q _5-3 = 4,44710^-2 (элемент 5)

Трансформатор (элемент 4) Q _5-4 = 4,44710^-2

РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Определяем безразмерные параметры элементов схемы:

min(D 1i,D 2i) max(D1 i,D 2i)

q_oi= ------------ и K_i= ------------

l₃ min(D 1i,D 2i)

Удельная мощность рассеивания элементов равна

W_i = P_i / S_i

Перегрев элементов под действием рассеиваемой мощности:

Q _i = K_k7W_i7e (q_oi,k)

Собственный перегрев состоит из перегрева элемента и перег­рева клея

Q _ni = Q _i + Q _кл

Для транзисторов: q_{о т}=6,875 K_т=1,2

Для трансформатора: q_{о тр}=6,875 K_тр=1,0

Для диода: q_{о д}=1,75 K_д=1,0

Для дросселя: q_{о др}=4,5 K_др=1,0

e ₁(q_{о т})=0,9999 e ₁(q_{о др})=0,99930

e ₂(q_{о тр})=0,999952 e ₁(q_{о д})=0,86863

e₂(q_{о т} K_т) = 0 e₂(q_{о др} K_др)=0,0008

e₂(q_{о тр} K_т) = 4,5 e₂(q_{о д} K_д)=0,05077

K_k = 0,22710^-4 м² град/Вт

W_т = 0,224 Вт/см²

^W_др^{= 0,28 Вт/см2}

^W_тр^{= 0,08 Вт/см2}

^W_т ^{= 1,02 Вт/см2}

Перегрев элемента под действием рассеиваемой мощности:

Q_т = 0,5710^-5

^Q_др^{= 0,6710-5}

^Q_тр^{= 0,176710-5}

^Q_д ^{= 2,2710-5}

Собственный перегрев элемента:

Q_{н т} = 0,20955

Q_{н тр}= 0,60002

Q_{н д} = 2,12602

Q_{н др}= 8,4006

2.1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ

Полный перегрев элемента равен сумме собственного перегрева и перегревов, вызванных влиянием остальных элементов схемы.

Температура элементов с учетом влияния других элементов сос­тавит:

t_i = t_oc + Q_ni

t₁=70,46^oC, t₂=78,50^oC, t₃=72,14^oC, t₄=72,14^oC, t₅=70,80^oC

1

Температура элементов таблица

0

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Материалы, используемые в качестве оснований для печатных плат (ПП), должны обладать совокупностью определенных свойств. К их числу относятся высокие электроизоляционные свойства, доста­точная механическая прочность и др. Все эти свойства должны быть стабильными при воздействии агрессивных сред и изменяющихся усло­вий. Кроме того, материал платы должен обладать хорошей сцепляе­мостью с токопроводящим покрытием, минимальным короблением в про­цессе производства и эксплуатации. Если платы изготавливаются из листового материала, то последний должен допускать возможность обработки резанием и штамповкой.

В качестве материала ПП используем листовой фольгированный материал - стеклотекстолит фольгированный марки СФ 2-50-2,0 ГОСТ 10316-70.

Выбор данного материала объясняется назначением и условиями работы микромодуля. Печатные платы из стеклотекстолита имеют

нужную устойчивость к механическим, вибрационным, климатическим

воздействиям по сравнению с платами из гетинакса. Физико-механи­ческие и электрические свойства сведены в таблицу

Характеристики

Список файлов реферата