Преобразователь напряжения. Разработка конструкции односторонней печатной платы второго класса точности, страница 2

Δdтр – значение подпитывания диэлектрика, для односторонних плат равняется нулю;

Тd – допуск на размещение осей отверстий;

Т_D – допуск на размещение контактных площадок.

Диаметр контактных площадок для отверстий диаметром 0,9 мм равен:

Площадь контактной площадки составляет:

Площадь контактной площадки для плат первого и второго классов точности должна быть не меньше 2,5 мм² , следовательно диаметр контактной площадки принимается равным 2 мм.

Следует уточнить номинальную ширину проводника по допустимому падению напряжения в цепях земли и питания, величина которого не должна превышать для 5% от напряжения питания.

Падение напряжение находится по формуле:

,                                                             (4.5)

где Iп- ток, протекающий через проводник, А;

Rп- сопротивления проводника в цепи земли, Ом.

По таблице 3.12 [2] определяется, что сопротивления 1 м проводника с толщиной 20мкм без покрытия при ширине 0,5 мм равняется 0,83 Ом. Если длинна проводника 140мм, тогда его сопротивление составит 0,116 Ом. Предположим, что протекает максимальный ток схемы 5А, тогда:

Что составляет 2,63% от сетевого напряжения, следовательно ширина проводника удовлетворяет оговоренным выше условиям.

Эскиз печатной платы приведен на рисунке 4.5.

5РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПЕЧАТНОГО УЗЛА

Основными составляющими печатного узла являются печатная плата и навесные элементы. Согласно [3] конструкторскую документацию с электромонтажом исполняют в одном из четырех вариантов: А, Б, В, Г. Для изготовления устройств, механическую сборку и электромонтаж которых делать по самому чертежу не целесообразно, а к такому устройству можно отнести печатный узел, лучший вариант Г.

Условия к чертежам печатных узлов и чертежей общего вида устройства в основном совпадают. Отличия отображают специфику печатного узла, как устройства. На чертеже печатного узла элементы допускается изображать упрощенно внешними очертаниями.

При нанесении позиционных обозначений на чертеже для составных частей, которые являются элементами принципиальной электрической схемы, наносится позиционное обозначение, присвоенное этому элементу в схеме.

Элементам, не обозначенным на схеме, для указания адресов присоединения проводников присваивают поочередные позиционные обозначения после элементов того же функционального назначения на схеме.

Сборочный чертеж приведен на рисунке 5.1

6ВЫБОР УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ И РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

В процессе работы электронного устройства температура нагревания его элементов не должна превышать допустимых техническими условиями значений. При конструировании необходимые температурные условия достигаются использованием соответственных условий охлаждения и рациональной компоновкой при конструировании. На заключительном этапе разработки электронного устройства целесообразно проведение уточняющего расчета теплового режима в целом и отдельной тепловой нагрузки элементов.

Предварительный выбор системы охлаждения осуществляется на ранней стадии конструирования. Для этого используются графики, которые характеризуют области использования разных способов охлаждения в целом.

Оценка осуществляется по величине теплового потока, который приходится на единицу площади:

,                                                               (6.1)

где Р – суммарная мощность электронного устройства, которая рассеивается, ВА;

kр – коэффициент, учитывающий давление, в данных условиях равен 1;

Sп – поверхность теплообмена, обусловленная геометрическими размерами корпуса электронного устройства, то есть длинной l1, шириной l2, высотой l3, а также коэффициентом заполнения объема kн= 0,1…0,9.

Чтобы найти суммарную мощность устройства, необходимо оценить мощность каждого элемента.

Диоды:

Микросхема:

Транзистор:

Конденсатор С5:

Мощность всех резисторов 0,125 Вт, как указано на схеме.

Суммарная мощность:

Площадь поверхности теплообмена:

                                             (6.2)

Тепловой поток, который приходиться на единицу площади:

Другим входным параметром является величина минимально допустимого перегрева элементов устройства, определяемая по формуле:

,                                           (6.3)

где Тimin – допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента, К;

Тс – температура окружающей среды.

Наименее теплостойкий элемент конденсатор С5 его допустимая температура корпуса 358К. Тогда минимально допустимый перегрев элементов:

По графику на рисунке 3.8 [2] определяем, что

7РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ УСТРОЙСТВА

Определение надежности устройства осуществляется по неожиданным эксплуатационными отказами по известным показателям надежности элементов устройства с учетом следующих допусков: отказ элементов статически независим и отказ какого-либо элемента приводит к отказу всего устройства.

Интенсивность отказов устройства определяется по формуле:

,                                             (7.1)

где λ0i – интенсивность отказа i-того элемента;

kλ – поправочный коэффициент, определяемый как:

,

где kλ1 – влияние механических факторов;

kλ2 – влияние климатических факторов;

kλ3 – условия работы при сниженном давлении;

αi – поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры окружающей среды и электрическую нагрузку устройства через коэффициент нагрузки kн;

kн – коэффициент нагрузки, что представляет собой отношение рабочей нагрузки.

Средняя наработка на отказ всего устройства определяется по формуле:

                                                                  (7.2)

В таблице 7.1 приведены интенсивности отказа используемых с курсовом проекте элементов.

Таблица 7.2 – Интенсивность отказа элементов схемы

Наименование элемента	Позиционное обозначение	Тип элемента	Интенсивность отказа, λ0, 10-6, 1/ч
Интегральная микросхема	DA1	Гибридная полупроводниковая	1,5
Полупроводниковые диоды	VD3, VD4, VD5, VD6	Выпрямительные	0,9
Транзистор	VT1	Малой мощности среднечастотный	0,6
Резисторы постоянного сопротивления	R1-R4, R7-R10	Металлопленочные	0,4
Резисторы переменного сопротивления	R5, R6	Непроволочные	0,5
Конденсаторы постоянной емкости	С4,С5 С1 С3 С2	Пленочные Оксидно-полупроводниковый С оксидным диэлектриком Ионистор	1,7 0,8 0,9 200
Симистор	VS1		200
Узлы механические		Паяное соединение	0,005
Стабилитроны	VD1, VD2		0,9

Поправочные коэффициенты:

- влияние механических факторов при стационарной эксплуатации и суммарных влияниях:

- влияние климатических факторов:

- условия работы при пониженном давлении:

Поправочный коэффициент:

Поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры, и коэффициент нагрузки приведены в таблице 7.2

Таблица 7.2 – Поправочные коэффициенты и коэффициенты нагрузки

Наименование элемента	Коэффициент нагрузки	Определяющий параметр	Поправочный коэффициент αi
Транзистор кремниевый, микросхема, симистор	0,5	Мощность	0,4
Полупроводниковые диоды (стабилитроны)	0,5	Мощность	0,97
Конденсаторы пленочные	0,7	Напряжение	1,1
Конденсаторы оксидные	0,7	Напряжение	1,24
Резисторы  непроволочные	0,5	Мощность	0,6

Интенсивность отказа:

Тогда время наработки на отказ: