Раздел: Документация
0 ... 209 210 211 212 213 214 215 ... 235 среды не ниже 0,5 нормального, от блока можно отвести не менее 90% выделяемой в нем тепловой мощности. При этом поверхностная плотность тепловыделения не должна превышать 0,02 Вт/см2. Если тепловыделение превышает указанный уровень, то необходимо переходить на принудительное охлаждение: воздушную вентиляцию, жидкостное или испарительное охлаждение блока. Из-за плотной упаковки элементов в блоках удельное тепловыделение может достигать 15-20 Вт/дм3, что приводит к необходимости разрабатывать конструктивные решения, направленные на обеспечение приемлемого теплового режима. Среди них можно отметить следующие: тепловыделяющие элементы желательно располагать ближе к кожуху или непосредственно на его стенках; в качестве конструкционных материалов необходимо выбирать такие, которые обладают высокой теплопроводностью; для ослабления переноса тепла от нагретой зоны в сторону, противоположную кожуху или радиатору, необходимо использовать тепловую экранировку с применением материалов с низкой теплопроводностью. Расчет тепловых режимов электронных устройств (ЭУ) базируется на принципе электротепловой аналогии. Этот принцип заключается в том, что перенос тепловой энергии в конструкциях рассматривается аналогично переносу электроэнергии в электрических цепях. При этом аналогом силы тока выступает мощность нагретой зоны Pmi аналогом разности потенциалов - разность температур (или перегрев) А Т нагретой зоны 7 и температуры окружающей среды 7; аналогом электропроводности - тепловая проводимость S. Использование такой аналогии позволяет составлять тепловые схемы и вести их расчет по основным правилам электротехники. Обычно бывает задана тепловая мощность, выделяемая в блоке, указаны условия эксплуатации (Тср) и известны конструктивные параметры блока. Оценка теплового режима блока состоит в поэтапном определении перегрева нагретых зон: АТ = PHJ8. Изменяя конструктивные параметры теплопроводов и условия отвода тепла от внешних стенок блока, необходимо стремиться к предельному снижению величины перегрева AT. Задача состоит в том, чтобы при заданной конструкции блока температура нагретой зоны не превышала предельного значения (для данного конкретного элемента и конкретной схемы). Во всех случаях желательно так сконструировать и рассчитать систему теплоотвода, чтобы Д7"не превышала 5-10 °С. Выбор способа охлаждения существенным образом влияет на конструкцию и размеры блока. Поэтому в самом начале разработки необходимо оценить возможные уровни тепловыделения в блоках на единицу поверхности и единицу объема кожуха (табл. П12.1). Таблица П12.1. Способы охлаждения блока в зависимости от удельной мощности Способ охлаждения Поверхностная ПЛОТ* Объемная плотность ность теплового потока, теплового потока, Вт/см2Вт/дмэ Конвективный теплообмен 0,02 7 Принудительная воздушная вентиляция 15-20 0,220,0 Жидкостное охлаждение 200,0 50-100 Испарительное охлаждение 150-200 Приведенные в табл. П12.! оценки характеризуют возможности различных способов охлаждения при условии перегрева не более чем на 20 °С и могут служить ориентировочными при выборе охлаждения ЭУ. При оценочных расчетах тепловых режимов можно ограничиться рассмотрением эффективности каждого из механизмов отвода тепла от нагретой зоны по отдельности. При этом в каждом из вариантов составляется тепловая схема, определяющая тепловые проводимости отдельных участков и определяющая температуры изотермических поверхностей внутри конструкции. Далее результаты всех оценочных расчетов сравниваются с максимально допустимыми. Тепловые проводимости, обусловленные разными механизмами, рассматриваются как параллельные. Если температура внутренних изотерм не превышает предельную, расчет в первом приближении можно считать завершенным. Если необходимо снизить перегрев, то на основе проведенных расчетов легко найти термоизолирующие участки тепловых схем и изменить конструкцию охлаждаемого блока. Тепловое сопротивление любого конструктивного элемента можно записать в виде формулы: R = р-, S где / - длина элемента, S- площадь, р - удельное тепловое сопротивление (величина обратная теплопроводности). Значения размеров для наиболее распространенных конструкционных материалов приведены в табл. П 12.2 в порядке возрастания. Программное обеспечение анализа тепловых режимов печатных плат BETAsoft-Board 645 Таблица П12.2. Коэффициент теплопроводности некоторых
Как видно из табл. П12.2, платы на основе стеклотекстолитов имеют весьма низкую теплопроводность. Поэтому для отвода тепла от микросхем, установленных на таких платах, в некоторых случаях рекомендуется использовать теплоотводы из медной фольги. В особых случаях для локального отвода тепла от микросхем можно рекомендовать полупроводниковые микрохолодильники на основе элементов Пельтье, КПД которых достигает 30%, а объем не превышает 5-7 объемов охлаждаемого элемента. Конвективный теплоотвод от блоков ЭУ наиболее прост и доступен, когда конструкция находится в газовой среде с достаточно высоким давлением. Задача оценочного расчета состоит в том, чтобы для систем с принудительной воздушной вентиляцией при заданной величине перегрева определить необходимый расход воздуха и выбрать тип вентилятора. Ориентировочный расход воздуха G {м/ч) в вентилируемом блоке в зависимости от выделяемой тепловой МОЩНОСТИ Рт может быть определен по эмпирической формуле G = 0,47Рт, которая справедлива при средней тем- 0 ... 209 210 211 212 213 214 215 ... 235
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
