Оценка теплового режима таймерного устройства

Оценка теплового режима радиоэлектронной аппаратуры заключается в определении по исходным данным температуры нагретой зоны и температур поверхностей теплонагруженных элементов и сравнения полученных значений с допустимыми для каждого радиоэлемента в заданных условиях эксплуатации.

Как уже говорилось ранее, для обеспечения нормального теплового режима для разрабатываемого прибора достаточно применения естественной вентиляции. Корпус прибора имеет перфорированные отверстия. Наиболее теплонагруженными элементами являются диоды КД226 В и микросхемы КР142ЕН5А в блоке питания таймерного устройства. Рассеиваемая мощность диода равна 10Вт. Рассеиваемая мощность микросхемы равна 2 Вт.

Методика расчета теплового режима блока радиоэлектронной аппаратуры в перфорированном корпусе взята из [31].

Расчёт поверхности корпуса блока:

Sк = 2•[L1•L2+(L1+L2)•L3].

где L1 — длина корпуса, 0,18 (м);

L2- ширина корпуса, 0,155 (м);

L3- высота корпуса, 0,05 (м).

Подставим значения в формулу.

Sк = 2•[0,18•0,155+(0,18+0,155)•0,05] = 0,08 (м2).

Определение условной поверхности нагретой зоны:

Sз = 2•[L1•L2+(L1+L2)•L3•Кз].

где Кз — коэффициент заполнения объема корпуса, Кз = 0,2.

Подставим значения в формулу:

Sз = 2•[0,18•0,155+(0,18+0,155)•0,05· 0,2] = 0,06 (м2).

Определение удельной мощности корпуса блока:

qк = Р/Sк.

где Р — мощность, рассеиваемая в блоке, Р = 15 Вт.

Подставим значения в формулу.

qк = 15/0,08= 187,5 (Вт/м2).

Определение удельной мощности нагретой зоны.

qз = Р/Sз = 15/0,06 = 250 (Вт/м2).

Нахождение коэффициента и1.

и1= 0,1472•qк — 0,2962•10−3•qк2 + 0,3127•10−6•qк3 (6.9).

и1= 0,1472•187,5 — 0,2962•10−3•187,52 + 0,3127•10−6•187,53 = 16,21.

Нахождение коэффициента и2.

и2 = 0,139•qз — 0,1223•10−3•qз2 + 0,0698•10−6•qз3 (6.10).

и2= 0,139•250 — 0,1223•10−3•2502 + 0,0698•10−6•2503 = 27,1.

Нахождение коэффициента Кн1.

Кн1 = 0,82 + 1/(0,925 + 4,6•10−5•Н1).

где Н1 — давление окружающей среды, Н1 = 10•104 Па.

Подставим значение в формулу:

Кн1 = 0,82 + 1/(0,925 + 4,6•10−5•10•104) = 1.

Нахождение коэффициента КН2.

КН2 = 0,8 + 1/(1,25 + 3,8•10−5•Н2).

где Н2 — давление внутри корпуса блока, Н2 = 10•104 Па.

Подставим значение в формулу:

КН2 = 0,8 + 1/(1,25 + 3,8•10−5•10•104) = 0,99.

Расчет суммарной площади перфорационных отверстий:

Sn = Si.

где Si — площадь I-того перфорационного отверстия, Si = 4,4•10−5 (м2);

n — количество перфорационных отверстий, n = 64.

Подставим значения в формулу:

Sn = 64•4,4•10−5 = 0,003 (м2).

Расчет коэффициента перфораций:

П = Sn/2•L1•L2 = 0,003/2•0,18•0,155 = 0,05.

Определение коэффициент Кп, являющегося функцией коэффициента перфорации:

Кп = 0,29 + 1/(1,41 + 4,95•П).

Кп = 0,29 + 1/(1,41 + 4,95•0,05) = 0,89.

Расчет перегрева корпуса блока:

ик = 0,93•и1•КН1•КН2.

ик = 0,93•16,21•1•0,99 = 14,9.

Определение перегрева нагретой зоны:

из = 0,93•Кп•[и1•КН1 + ((и2/0,93) — и1) •КН2].

из = 0,93•0,89•[16,21•1 + ((27,1/0,93) — 16,21) •0,99]= 24.

Определение среднего перегрева воздуха в блоке:

ив = 0,6•из = 0,6•24 = 14,4.

Определение удельной мощности диода типа КД226 В по формуле:

Qдиода. = Рдиода/Sдиода.

где Рдиода. — рассеиваемая мощность диода, Рдиода. = 10 Вт;

Sдиода. — площадь поверхности диода, омываемая воздухом,.

Sдиода. = 1,8•10−4 (м2).

Подставим значения в формулу:

Qдиода. = 10/1,8•10−4 = 5,5 (Вт/м2).

Определение удельной мощности микросхема типа КР142ЕН5А:

Qмикр. = Рмикр./Sмикр.

где Рмикр. — рассеиваемая мощность микросхемы, Рмикр. = 2 Вт;

Sмикр — площадь поверхности микросхемы, омываемая воздухом,.

Sмикр. = 5,1•10−4 (м2).

Подставим значения в формулу:

Qмикр. = 2/5,1•10−4 = 3,9 (Вт/м2).

Расчет перегрева поверхности диода:

и диода. = из•(0,75 + 0,25•qдиода./qз).

идиода = 24•(0,75 + 0,25•5,5/250) = 18,1.

Расчет перегрева среды, окружающей диод:

иэс диод = ив•(0,75 + 0,25•qдиода./qз) иэс диода = 14,4•(0,75 + 0,25•5,5/250) = 10,8.

Расчет перегрева поверхности микросхемы:

Имикр. = из•(0,75 + 0,25•qмикр./qз).

Имикр.= 24•(0,75 + 0,25•3,9/250) = 18.

Расчет перегрева среды, окружающей микросхему:

иэс микр = ив•(0,75 + 0,25•qмикр./qз).

иэс микр = 14,4•(0,75 + 0,25•3,9/250) = 10,8.

Определение температуры корпуса блока:

Тк = ик + Тс.

где Тс — температура среды, окружающей блок, Тс = 35є.

Подставим значения в формулу:

Тк = 14,9 + 35 = 49,9 є ©.

Определение температуры нагретой зоны:

Тз = из + Тс = 24 + 35 = 59є ©.

Нахождение температуры поверхности диода типа КД226В:

Т диод. = идиод. + Тс = 18,1 + 35= 53,1 є ©.

Нахождение температуры поверхности микросхемы типа КР142ЕН5А:

Тмикр. = имикр+ Тс = 18,1 + 35= 53,1 є ©.

Нахождение средней температуры воздуха в блоке:

Тв = ив + Тс = 14,4 + 35 = 49,4 є ©.

Нахождение температуры среды, окружающей диод типа КД226В:

Тдиод= идиод+ Тс = 10,8 + 35 = 45,8є ©.

Нахождение температуры среды, окружающей микросхему типа КР142ЕН5А:

Тэс микр = иэс микр + Тс = 10,8 + 35 = 45,8 є © Из расчета видно, что температура диода равна +53,10С. Также видим, что температура микросхемы типа КР142ЕН5А равна 530С и не превышает значения допустимого. Температура воздуха в блоке равна 49,40С. Температура корпуса равна 49,90С.