Расчеты тепловых режимов блоков РЭА и ЭВА на микросхемах и дискретных элементах: Методические указания по дипломному проектированию, страница 6

2)  приведенный коэффициент теплоотдачи m; при одностороннем расположении ИС в ячейке

m =    α₁α₂ / λ_nδ,                                               (42)

при двухстороннем расположении ИС в ячейке

m =   2 α₁ / λ_nδ;                                              (43)

3) перегрев поверхности ИС:

Δ t_ис = Р_э / (α₁(S_э - S_обс) + 1 / (δ₃ / λ_эTR² + 1 / (В + πMRλ_пδδ * mK₁(mR) /

N_ис

/ K_о (mR)))) + ∑ K_оmr_i / K_оmr_i * Р_эi / α₁(S_эi - S_оэi){1 + [ δ_эi / λ₃πR²₁ + 1/(S_эi - S_оэi)]*

i=1

* (В + πMR_iλ_пδmK₁(mR₁) / К_о(mR_i)},                                                                   (44)

где величины В, М, К₁, К_о имеют то же значение, что и в формуле (21);

С = α₂ π R² при одностороннем расположении ИС в ячейке;

С = 0 при двухстороннем расположении ИС в ячейке;

N_ис – число i-х ИС, расположенных вокруг рассчитываемой ИС, для которых mr₁ ≤ 8.

Температура поверхности ИС

t_ис = t_вэ + ∆ t_ис.                                               (45)

При расчете температуры ЭРЭ определяются:

1)  критерии Рейнольдса для ЭРЭ

Re_э = pG / (N + 1)µf,                                           (46)

где р – половина периметра ЭРЭ по направлению движения воздуха, м;

2)  коэффициент теплоотдачи для ЭРЭ

α_э =     0,8 λ_в / Р * Re_э;                                      (47)             

3)  перегрев поверхности ЭРЭ

∆ t_э = ∆ t_вэ + Р_э / α_эS_э;                                        (48)

4)  температура поверхности ЭРЭ

t_э = t_о + ∆ t_э;                                               (49)

5)  максимальный перегрев воздуха в блоке при притяжной вентиляции

∆ t_вmax = Р + ηР_в / 1000 G,                                      (50)

при вытяжной вентиляции

∆ t_вmax = Р  / 1000 G,                                      (51)

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА

Электронный блок в интегральном исполнении имеет форму параллелепипеда. Перфорированный корпус блока выполнен из листового дюралюминия толщиной 1 мм и покрашен эмалевой краской. Нагретая зона представляет собой четыре многослойные печатные платы с ИС, вставляемые в пазы корпуса блока с прижимом.

Исходные данные:

Р = 15 Вт;L₁ = 0,176  м;                    ℓ₁ = 0,156 м;S_ис= 8,64.10^-4

Р_э = 1,25 Вт;L₂= 0,095  м;                    ℓ₂ = 0,075 м;S_э = 2,2.10^-3м²

t_о = 22⁰С;L₂ = 0,072  м;                     δ = 0,003 м;        δ₃ = 0

Р_о = Р_б = 9,8.10⁴ Па;  к_п = 0,25;  ℓ = 0,052 м; Δ = 0,01 м;

λ_п = 0,372 ВТ.м^-1.град^-1.

Первый этап расчета. Найдем площади поверхностей корпуса блока и нагретой зоны:

S_в = S_н = L₁L₂= 0,176.0,095 = 1,68.10^-2м²;

S_б = 2 (L₁ + L₂) L₃ = 2(0,176 + 0,095).0,072 = 3,91.10^-2м²;

S_к = 2 S_в +  S_б = 5,59. 10^-2м²; аналогично

S_внз = S_ннз= 0,156.0,075 = 1,17.10^-2м²; S_бнз = 2,26.10^-2м²

Эффективные площади, определяемые по формуле (14):

S’_в = S’_н = 1,42.10^-2м²;S’_б = 3.10^-2м².S_нз = 5,56.10^-2.

Задаемся величиной перегрева корпуса блока относительно окружающей среды Δt¹ = 8⁰C, тогда t_к = 30⁰C, а определяющая температура t_m = 26⁰C. На основании формулы (4) устанавливаем, что температура поверхностей блока подчиняется закону 1/4 степени. Тот же результат дает монограмма на рис. 2.

По формуле (5) определяем конвективные коэффициенты теплообмена верхней, нижней и боковой поверхностей корпуса. Определяющим размером верхней и нижней граней корпуса является

L₂ = 0,095 м.

По табл. 1 для температуры t_m= 26⁰C  находим коэффициент

А¹₁ = 1,37 Вт.м^7/4.град^5/4.

Конвективные коэффициенты теплообмена верхней, нижней и боковой поверхности:

α_кв = 1,3.1,37.(8/0,095)^1/4 = 5,4 Вт. м^-2.град^-1;

α_кн = 0,7.1,37.(8/0,095)^1/4 = 2,9 Вт. м^-2.град^-1;

α_кб = 1,37.(8/0,072)^1/4 = 4,45 Вт. м^-2.град^-1.

По формуле (10) определяем лучистый коэффициент теплообмена корпуса. По монограмме на рис. 6 находим значение функции f= 6,1 Вт.       м^-2.град^-1. Степень черноты корпуса определяется по табл. 4. ε = 0,92.

α_л = 0,92.6,1 = 5,61 Вт. м^-2.град^-1.

Полные коэффициенты теплообмена на основании формулы (3) равны:

α_в = 5,4 + 5,61 = 11,01 Вт. м^-2.град^-1;