Расчет теплового режима блока РЭА выполняется в два этапа. На первом рассматривается вариант с естественным воздушным охлаждением. Итогом расчета является температура нагрева ЭРЭ, наиболее критичных к перегреву. Если эта температура не превышает допустимую, то тепловой расчет ограничивается первым этапом, если же температура нагрева ЭРЗ превышает допустимую, то необходимо перейти ко второму этапу, то есть к расчету теплового режима блока с принудительным воздушным охлаждением. Итогом расчета на втором этапе будет температура нагрева блока при заданном расходе воздуха. Данная методика тепловых расчетов относительно проста и имеет погрешность не более 10 %.
Расчет теплового режима блока РЭА с естественным воздушным охлаждением.
Методика расчета справедлива для вариантов как вертикального, так и горизонтального расположения печатных узлов (ячеек) в блоке. Для прямоугольного блока область выделения тепла (нагретая зона) представляет собой параллелепипед, включающий ЭРЭ, выделяющие тепло, и промежутка между ними.
Исходные данные:
1) Размеры блока
lб1=0,06м - ширина блока;
lб2=0,080м - длина блока;
lб3=0,02м - высота блока.
Параметры выбраны с учетом габаритных размеров платы (30х45 мм), однако вучетом малых габаритных размеров, с целью увеличения количества вентиляционных отверстий, размеры блока будут существенно увеличены, а также высоты платы с учетом самого высоко выступающего элемента – соединителя (11,2 мм)
2) Размеры нагретой зоны
l31=0.018 м – ширина участка печатного узла, в котором заключены все элементы, выделяющие тепло (нагретой зоны)
l32=0.035 м – длина участка печатного узла, в котором заключены все элементы, выделяющие тепло (нагретой зоны)
l33=0.01м – высота ПП и наиболее выступающего компонента нагретой зоны.
3) Мощность рассеивания Pб
Мощность рассеивания определяется мощностями всех входящих в НЗ компонентов.
Резисторы: n=6, Pрез=0,1 Вт
Бескорпусные транзисторы :Ртран=0,1 Вт
Pб=0,1*6+4*0,1=1,04 Вт
4) Мощность, рассеиваемая ЭРЭ (компонентом), наиболее критичным к перегреву:
Поскольку все чип-резисторы имеют одинаковую мощность рассеивания вследствие единого типоразмера исполнения, то
Pк= Pрез =0,1 Вт
5) Площадь поверхности ЭРЭ, наиболее критичных к перегреву
В данном случае это будет площадь конденсаторов:
6) Максимальная температура окружающей среды
Установим, что максимальная температура будет соответствовать максимальной температуре для умеренного климата (макроклиматического района) в соответствии с ГОСТ 15150-69:
Tос=40 0С
7) Количество вентиляционных отверстий и площадь одного отверстия.
Установим, что в крышке блока имеются отверстия Ø 2,5 мм, расположенные с шагом 8 мм и на расстоянии 2 мм от краев крышки. Тогда:
nBO=7·9=63,
8) Допустимая температура компонента
Тк.доп=85 оС (предельная температура микросборки).
Порядок расчета:
1.Поверхность кожуха блока
SКб=2(lб1· lб2+ lб2· lб3+ lб1· lб3)
lб1=0,06м
lб2=0,075м
lб3=0,02м
SКб=2(0,06· 0,075+ 0,075· 0,02+ 0,06· 0,02)=0,015 м2
2. Поверхность нагретой зоны
SНЗ=2(l31* l32 + (l31+ l32)*l33*K3б)
l31=0,018м
l32=0,035м
l33=0,01м
- объем печатной платы
- объем компонентов
3. Удельная мощность, рассеиваемая кожухом.
qКб= Pб / SКб
Pб=1,045 Вт;
SКб=0,015 мм2
qКб= 1,045 / 0,015 =65,8 Вт/ м2
4. Удельная мощность, рассеиваемая НЗ(нагретой зоной).
qНЗ= Pб / SНЗ
Pб=1,045 Вт;
Sнз=2,6*10-3 мм2
qНЗ= 1,045 / 0,0026=401 Вт/ м2
5. Перегрев кожуха блока (без учета вентиляционных отверстий) находится по графику
∆T1=φ1(qкб=65,8)=14 оС
6. Перегрев НЗ (без учета вентиляционных отверстий) находится по графику
∆T2= φ 2(qнз=401)=41 оС
7. Суммарная площадь вентиляционных отверстий
SсВО= nВО*SВО
8. Коэффициент перфорации
Kпф= SсВО/ (lб1* lб2)
lб1=0,06м
lб2=0,075м
9.Коэффициент, учитывающий перегрев при наличии вентиляционных отверстий, определяется по графику:
Км= φ3 (Кпф=0.07)=0.82
10. Перегрев кожуха блока
∆TКб=Km* ∆T1*0.93, где 0,93 – эмпирический коэффициент
Км=0,82
∆T1=14 оС
11. Перегрев нагретой зоны
∆TНЗ=Km* ∆T2
Км=0,82
∆T2=41 оС
12. Средний перегрев воздуха в блоке
∆TСП=0,6 ∆Tнз
где 0,6 – эмпирический коэффициент
13. Критическая величина перегрева НЗ определяется по графику:
∆Ткр= φ8(∆Тнз=34)=66 оС для заданной вероятности р=0.99 того, что при перегреве ∆Тнз=34 оС температура компонента не будет выше Тк.доп=85 оС, т.е. Тк<=Тк.доп
14. Компоненты, для которых необходимо вести дальнейший тепловой расчёт, определяются по величине
∆Tк.доп=Tк.доп-Tос
Tос=40 оС
Предельные температуры компонентов:
Резисторы: 
Операционный усилитель: 
Конденсаторы: 
Транзисторы: 
Вилка: 
Следовательно, в дальнейших расчетах будем использовать транзистор .
15. Перегрев поверхности компонента
, где qk = Pk / Sk – удельная мощность,
рассеиваемая компонентом.
- удельная мощность, рассеиваемая компонентом.
16. Перегрев окружающей компонент среды
∆Tск=∆Tсп(0.75+0.25 qК/ qНЗ)
17. Температура кожуха блока
Ткб=Тос+ΔТКб
Tос=40 оС
18. Температура НЗ
Тнз=Тос+∆Тнз
Tос=40 оС
19. Средняя температура воздуха в блоке
Тсп=Тос+∆Тсп
Tос=40 оС
20.Температура поверхности компонента
Тк=Тос+∆Тк
Tос=40 оС
21. Температура окружающей компонент среды
Тск=Тос+∆Тск
Tос=40 оС
Вывод:
Требуемый тепловой режим обеспечивается за счет естественной вентиляции через отверстия в крышке кожуха, так как все величины температур
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
