Реферат: Разработка микроблока питания
ВВЕДЕНИЕ
Для выхода нашей станы из экономическогокризиса необходимо
повышение темпови эффективности развития экономики на базе уско-
рениянаучно-технического прогресса, техническое перевооружение и
реконструкция производства, интенсивное использование созданного
производственногопотенциала, совершенствование системыуправле-
ния,хозяйственного механизма и достижение на этой основе даль-
нейшего подъемаблагосостояния народа. Исходя из этого необходимо
на основепроведения единой технической политики во всех отраслях
народногохозяйства ускорить техническое перевооружение произ-
водства,широко внедрять прогрессивную технику и технологию,
обеспечивающиеповышение производительности труда и качество про-
дукции.Необходимо обеспечить создание и выпускновых видов при-
боров ирадиоэлектронной аппаратуры, основанных на широком приме-
нениимикроэлектроники.
В настоящее время этап развитиямикроэлектроники и аппара-
тостроенияна ее основе можно назвать этапоминтегральных схем
(ИС).
Интегральные схемы, являясь основнойэлементной базой микро-
электроники,позволяют реализовать подавляющее большинство функ-
цийрадиоаппаратуры.
Микрокомпоненты, применяемыесовместно с ИС, должны быть
совместимыми сними по конструкции, технологии и уровню надежнос-
ти. В некоторыхслучаях оправдано применение гибридных интеграль-
ных схем (ГИС).Это объясняется следующими обстоятельствами:
Технология ГИС проста и требует меньших,чем полупроводнико-
вая технологиязатрат на оборудование и помещения.
Технологию ГИС можно рассматривать как перспективную по
сравнению с существующей технологией многослойного печатного
монтажа.
Пассивную часть ГИС изготавливают наотдельной подложке, что
позволяетдостигать высокого качества пассивных элементов при не-
обходимостисоздавать прецизионные ГИС.
Основной проблемой при созданиимикроэлектронной аппаратуры
(МЭА) являетсявыбор конструкции, а также:
-обеспечение теплового режима;
— обеспечение надежности;
— обеспечение компоновки и соединений;
— снижение стоимости МЭА.
При проектировании конкретного образца МЭАдолжны учитывать-
ся:
— назначение и область применения МЭА;
— заданные электрические характеристики;
— условия эксплуатации, определяющие степень воздействия
внешней среды;
— требования к конструкции (надежность, ремонтопригодность,
масса, габариты,тепловые режимы);
— технико-экономические характеристики(стоимость, техноло-
гичностьизготовления).
Основным средством миниатюризации устройств является их ин-
тегральноеисполнение. В силовых устройствахинтеграция — это в
первую очередьобъединение бескорпусных силовых полупроводниковых
приборов в общемкорпусе. Примером такого силового устройства яв-
ляетсяразрабатываемый силовой микромодуль вторичного источника
питания.
Наряду с ГИС применяются малогабаритныесборки, состоящие из
силовыхтранзисторов и диодов.
В основу проектирования силового микромодуля заложены сов-
ременныетенденции конструирования ВИП на базе микроэлектронной
технологии ихизготовления.
.
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Анализируя задание на дипломноепроектирование, видно, что
модульиспользуется как составная часть изделия. Наличие при экс-
плуатации изделиявлажности до 93% требует предусмотретьзащиту
радиоэлементов ипечатных плат путем герметизации модуля, а также
пропиткой изаливкой. Так в частности трансформаторпреобразова-
телязаливается . Герметизация модуля обеспечивается с помощью
резиновойпрокладки по периметру между крышкой и корпусом. Наибо-
лее сложным вопросом является обеспечение нормального теплового
режима приэксплуатации в диапазоне температур — 40-60 5o 0С.
Основное влияние температуры будет сказываться на радиоэле-
менты и особенноверхний предел температуры +60 5o 0 С. С этой целью
выбор элементнойбазы произведен исключительно по техническим ус-
ловиям иГОСТам, что исключает ошибки в выбореэлементной базы.
Всевыбранные радиоэлементы обеспечивают предельные температуры
эксплуатации.Такой режим достигается благодаря особенности конс-
трукции.Особенность заключается в том, что большинство теплонаг-
руженныхэлементов имеют хороший тепловой контакт на корпус моду-
ля. Так, например, трансформатор преобразователя находится в
гнездекорпуса. Корпус выполнен из материалаД16, обладающим хо-
рошейтеплопроводностью, а для большего уменьшения теплового соп-
ротивления, тамгде это необходимо, применяется теплопроводящая
паста КНТ-8. Все это позволяет спроектировать модуль в заданных
габаритах.
Механические нагрузки на модуль довольнозначительные, т.к.
он эксплуатируетсяв изделии устанавливаемом на подвижных объек-
тах Однако, вся конструкция модуля и его элементовотвечают тре-
бованиям вибро- иударной устойчивости, заданной в ТЗ.
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что модуль
обеспечит заданнуюнадежность P(t)=0,9 при t=5000. Проведенный в
дальнейшемрасчет надежности должен показать правильность выб-
ранной элементнойбазы и самой конструкции модуля. При меньшем
расчетномзначении надежности потребуется пересмотр элементной
базы вариантов испособов охлаждения и возможно всей конструкции
модуля.
Так, применение бескорпусных транзисторов 2Т3642Б-2,
2Т376Б1-2,2Т397А-2 и др., атакже пленочных резисторов R1-12,
особоезначение приобретает полная и тщательная герметизация
всего корпуса.
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Проблема создания экономичных, надежных, малогабаритных ис-
точниковэлектрической энергии для питания современных радоэлект-
ронных устройствстановится все более актуальной.
Этой проблемой заняты специалисты всехстран мира
Большое внимание уделяется и повышению КПДвторичных источни-
ков питания, т.к.количество их возрастает вместе с теми устройс-
твами, где они используются. Одновременно растут требования и к
стабильностипитающей напряжения РЭА.
Поэтому правильный выбор схемы блока питания играет большую
роль в получениивысокого КПД.
С этой целью была выбрана схема микромодуля питания с широ-
ко-импульсноймодуляцией.
Блок питания обеспечивает стабилизацию выходногонапряжения
с одновременнойфильтрацией низкочастотных составляющих входного
напряжения.
Входное напряжение может изменяться от 20до 30 В, а выход-
ноенапряжение при всех дестабилизирующих факторах(изменение
входногонапряжения, температуры окружающей среды, тока нагрузки)
изменяется впределах 25 7+ 01,25 В.
В основу регулирования заложенстабилизированный преобразо-
ватель с широтно-импульсной модуляцией. Микромодуль включает в
себя входной фильтр, схему управления, промежуточный каскад,
трансформаторныйпреобразователь, выпрямитель, выходной сглажива-
ющий фильтр. Входной фильтр состоит из конденсаторов С 418 0… С 424,
дросселя Др1 и обеспечивает подавление пульсаций рабочейчастоты
преобразователя,а также обеспечивает непрохождение ВЧ пульсаций
бортсети ввыходную цепь.
Микромодуль состоит из двух силовыхтоковых ключей на тран-
зисторахТ 413 0, Т 414 0, Т 417 0… Т 426 0 и транзисторов Т 415 0, Т 416 0, Т 427 0… Т 436,
трансформатораТр2. РезисторыR 446 0,R 447 0,R 448 0,R 449 0обеспечивают необ-
ходимый режимтоковых ключей.
Микромодуль осуществляет необходимуютрансформацию напряжения
и при необходимости может произвести гальваническуюразвязку вы-
ходногонапряжения.
Выпрямление переменного прямоугольного напряжения осущест-
вляется диодамиVD 412 0...VD 419 0, включенных по схеме со средней точ-
кой вторичнойобмотки трансформатора. Диоды VD 420 0,VD 421 0и конденса-
торС 441 0 позволяют получить требуемую форму выходного выпрямлен-
ного напряжения вмомент переключения диодов выпрямителя.
Сглаживающий выходной фильтр состоит издвух последовательно
включенныхГ-образных LC-фильтров. Первый фильтр состоит из нако-
пительногодросселя 4 0Др 43 0 и конденсаторовС 442 0… С 451 0, второй - из
дросселяДр 44 0и конденсаторов С 452 0… С 457 0. Первый фильтр производит
преобразованиеширотно-модулированных импульсов в постоянное нап-
ряжение. Второй фильтр является фильтром подавлениярадиопомех и
обеспечиваетполучение заданных пульсаций выходного напряжения.
Схема управления выполнена по гибридно-пленочной технологии
и включает в себязадающий генератор (ЗГ) на инверторах У 41.1 0,
У 41.2 0, 4 0У 41.3 0 и элементах R 49 0, 4 0R 410 0, 4 0C 46 0; генератор коротких 4 0импульсов
наУ 42.1 0, 4 0У 41.4 0, 4 0У 42.2 0; генератор пилы на элементах VT 46 0,R 416 0, C 412 0;
ШИМ-модуляторна усилителе постоянного тока (УПТ)У 416 0; раздели-
тель каналов натриггере У 43.1 0; два (почислу каналов) выходных
каскада 4 0на У 42.3 0, VT 47 0, VT 48 0,R 417 0, 4 0R 418 0, 4 0R 419 0, 4 0R 424 0, 4 0R 422 0, 4 0C 48 0, 4 0C 49 0- пер-
вый канал; У 42.4 0, 4 0T 49 0, 4 0T 410 0, 4 0R 420 0, 4 0R 425 0, 4 0R 421 0,R 423 0, 4 0R 427 0, 4 0C 410 0, 4 0C 411 0 -
второйканал; узел защиты от короткого замыкания в нагрузке
(У 43.2 0,У 47.1 0, 4 0У 47.2 0, 4 0У 48.1 0, 4 0У 48.2 0, 4 0R 428 0, 4 0R 429 0, 4 0R 430 0, 4 0R 432 0, 4 0R 433 0, 4 0R 436 0, 4 0R 437 0,
VD 48 0, 4 0VD 49 0, 4 0C 415 0, 4 0C 417 0) и вспомогательные цепи питания схемы управле-
ния.
Первый линейный стабилизатор параметрического типа осущест-
вляет питание логическихэлементов У 41 0, 4 0У 42 0, 4 0У 43 0.
Второй линейный стабилизаторпараметрического типа обеспечи-
вает питанием +12В и +6 В УПТ (У 46 0).
Дополнительно в схему управления входитузел гашения, обес-
печивающий сбросмагнитной энергии промежуточного усилительного
каскада и темсамым позволяющий получить требуемую форму выходных
импульсов этогокаскада.
Промежуточный усилительный каскад выходных сигналов по току
схемы управленияи согласование по уровню. Он включает в себя ак-
тивныеэлементы 4 0VT 411 0, 4 0VT 412 0, 4 0трансформатор Тр1 с вторичной обмот-
кой.
Схема работает следующим образом: при повышении выходного
напряжения навход УПТ через резистивный делитель R 450 0, 4 0R 434 0, 4 0R 435 0 и
R 431 0поступает повышенное напряжение. Пилообразное напряжение, на-
ложенное напостоянное напряжение делителя, сравнивается с опор-
ным. На выходеУПТ образуются импульсы, более узкие чемэто было
было до этогомомента. В каждом канале суженные импульсы проходят
на выходпромежуточного каскада, а с него поступают на вход токо-
вых ключей.Токовые ключи меньшее время будут находиться в откры-
томсостоянии. На накопительный фильтрпоступают более узкие им-
пульсы.Накопительный фильтр производит сглаживание по среднему
значению,поэтому выходное напряжение начинает уменьшаться и
стремится ксвоему нормальному значению.
.
Обоснование и выборконструкции
микроблока питания РЭА
Микроблок является принципиально новымвидом конструктивного
исполнениямикроэлектронной аппаратуры повышенной надежности и
высокогоуровня интеграции, перспективным направлением в конс-
труировании РЭАразличного назначения, являющимся дальнейшим и
более гибкимразвитием методов гибридной микроэлектроники.
Анализ радиоаппаратуры показал, что вторичные источники пи-
тания в большинстве случаев создаются на дискретных корпусных
элементах, в товремя как остальная аппаратурная часть строится
на интегральнойэлементной базе.
Результатом такого подхода явилосьто, что объем и масса
вторичныхисточников питания составляет до 40-50% аппаратурной
части РЭА.
Во многих случаях эти проблемы вызванынесовершенством конс-
трукции вторичныхисточников питания и устройств, отводящих от них
тепло. Эти причины сдерживают внедрение интегральных методов
проектированиясиловых устройств и дальнейшее уменьшение их масс
и габаритов. Общеизвестно, что объемные конструкции блоковпита-
ния обладаютзначительным температурным сопротивлением от их ис-
точника до его стока. Кроме того корпусные активные и пассивные
элементы схемытакже обладают большим тепловым сопротивлением,
что в свою очередь требует дополнительного увеличения объема
конструкции иохлаждающей поверхности.
Тепловой поток от источника тепла до его стока определяется
из выражения:
t 41 0 — t 42
Q =──── 4─── 0 ,
7S 0 R 4т
где Q - тепловой поток;
t 41 0 — допустимая рабочая температура элементов схемы по ТУ;
t 42 0 — температураокружающей среды;
7S 0 R 4т 0- суммарное тепловое сопротивление от источника тепла
до его стока.
R 4т 0 =R 4iт 0 + R 4тс 0 + R 4тт
.
Тепловое сопротивление конструкцииопределяется из выражения:
l
R 4т 0 =──── ,
7l 0 S
где l — расстояние от источника тепла доего стока;
7l 0 — теплопроводность;
S — окружающая поверхность;
Из выражения видно, что конструкция силового модуля должна
обладать:
кратчайшим расстоянием от источника тепладо его стока
(l должно бытьминимальным);
максимальной площадью окружающей поверхности (S должно быть
максимальным);
материал теплоотвода должен обладать максимальной теплопро-
водностью( 7l 0 должно быть максимальным).
Наиболее полно этим требованиям отвечает конструкция изде-
лия, котораяобладает:
— максимальной площадью поверхности приодновременном умень-
шении ее объема;
— применением активных элементов с малым тепловым сопротив-
лением, т.е.необходимо применить бескорпусные элементы;
— применением конструкции малокорпусных или бескорпусных
пассивныхэлементов (трансформаторы, дроссели);
— применением алюминия, меди, окиси бериллия, керамики 22ХС
и им подобныхматериалов.
Кроме того, такие конструкции обладают минимальнойматериа-
лоемкостью,максимальной простотой монтажа, улучшенными электри-
ческимипараметрами.
.
КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МИКРОМОДУЛЯ
Конструкторско-технологическая проблемаминиатюризации сило-
выхустройств заключается в необходимости создавать и применять
специальныебескорпусные полупроводниковые приборы и микросхемы,
специальныенамоточные детали и особые методы конструирования,
обеспечивающиеплотную упаковку элементов и низкое внутренне те-
пловоесопротивление конструкции.
На дюралюминиевой подложке МСБ (l 43 0=4 мм, 190х130; 7
7l 0=170 Вт/м град) расположены дроссели диаметром 36 мм, мощностью
2,8 Вт; диоды диаметром 14 мм и мощностью 1,6 Вткаждый; транс-
форматордиаметром 55 мм, мощностью 1,85 Вт; 10 транзисторов диа-
метром 10 мм; мощностью по 0,83 Вт каждый, крепятся на медной
пластине размером55х67х2,7 мм.
Применение бескорпусных приборовпозволяет уменьшить объем
конструкциии довести его до величины полностью определяемой
энергетическимисоотношениями и условиями охлаждения.
В нашем случае мы рассматриваем тепловойрасчет микроузла,
который позволяетнам определить картину температурного поля ГИС
с помощью расчетатепловых режимов и взаимовлияния элементов.
Примем условные обозначения:
W 4i 0 — удельная мощность рассеивания элемента,Вт/см 52 0;
W 4i max 0 — максимальнаяудельная мощность рассеивания элемен-
та, Вт/см 52 0;
7DQ 0 — допустимая абсолютная погрешностьперегрева, 5o 0С;
7l 0 — теплопроводность подложки, Вт/м — град;
l 43 0 — толщина подложки, нм;
R 4k 0 — контактное тепловое сопротивление,м 52 0 град/Вт;
Z 4o 0 — эквивалентный радиус тепла, мм;
r 4o 0 — эквивалентный радиус источника тепла,мм;
P 4i 0 — мощность источника тепла, Вт;
S 4i 0 — площадь поверхности источника,мм 52 0;
.
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯИСТОЧНИКА ТЕПЛА
Экивалентный радиус подложки
Z 4o 0= 90мм;
Эквивалентный радиус источника теплаr 4o 0=7 мм;
Критериальную величину рассчитываем поформуле:
7|\\\\
7|\ / 0 1 77 0Z 4o 52
j= 7? 0 B 4i 7 0= 7 / 0───────── ;
7? 0 R 4k 77l7 0l 4з
7|\\\\\\\
7/ 01 77 0(9 77 010 5-2 0) 52
j = 7 / 0 ──────────────── = 3,5; где R 4k 0 =10 5-3 0,
7? 0 4 77 010 5-3 77 0170 77 010 5-3
B 4i 0 — критерий Био;
j — критериальная величина.
Для нахождения критерия 7 f 0 необходимо определить отношение
r/Z 4o 0.
Определяем функцию 7f 0(r/Z 4o,j 0) потаблице;
Y(r/Z 4o,j 0)=0,5064
При r=r 4o 0 определяем тепловой коэффициент F(r 4o 0); отношение
r/Z 4o,j 0=0,7/9,0=0,078
1
F(r 4o 0)=───── Y(r/Z 4o 0,r/Z 4o,j 0)
2l 43 77l
F(r 4o 0) =0,37 град/Вт
Температура в точке r=r 4o 0составляет
t(r 4o 0) 77 0t 4c 0 =P 77 0F(r 4o 0)
t(r 4o 0) = 70,6 град
t 4c 0 принимается равнойt 5o 0 устройства и равно 70 5o 0.
Рассчитываем коэффициентF(r/Z 4o 0) для следующих точек:
r/Z 4o 0=0,2;0,3;0,6;1.
Из таблиц находим функцию Y для этихточек:
Y(0,2)=0,228 Y(0,6)=0,0376
Y(0,3)=0,136 Y(1)=0,0158
Тепловые коэффициенты равны:
F(0,2)=0,17 F(0,3)=0,10
F(0,6)=0,03 F(1,0)=0,012
Перегревы в этих точках составляют:
7Q 0(0,2)=0,27 7 Q 0(0,6)=0,048
7Q 0(0,3)=0,16 7 Q 0(1,0)=0,02
Вокруг каждого источника делаем окантовку — зону влияния
элементов.
2.1.2 РАСЧЕТ ВЗАИМОВЛИЯНИЯЭЛЕМЕНТОВ
Для каждого i-того источника тепларассчитывается влияние на
близлежащиек центру этого источника точки y-х элементов схемы,
которые хотя бычастично заключены в области прямоугольника i-то-
го элемента.
Температура любой точки поверхности основания определяется
по формуле:
K 4i 77 0W 4i 7 {
7Q 4i 0=─ 4─ 0─── 7 2e 0(q 41 0r 41 0) + Sign 7 0q 42 77e 0(q 42 0r 41 0) + Signr 42 77e 0(q 41 0r 42 0) +
7[ 4 7 4 7 }
+ Signq 42 77 0Signr 42 77e 0(q 42 0r 42 0) 72
7]
q 41 0 = 7d 41 5' 0 + │x 4o 0│ 7 0r 41 0 = 7d 42 0' + │y 4o 0│
q 42 0 = 7d 42 0' - 7 0│x 4o 0│ 7 4 7 0r 42 0 = 7d 42 0' — │y 4o 0│
q 4o 0 = min{q 41 0r} max{q 41 0r}
K =────────── ,
q 4c
7D 01 7 D 02
где 7d 41 5' 0= ─── и 7d 42 0'= ────
l 43 0l 43
7D 01 7 0и 7 D 02 — размеры источника тепла;
К 4к 0 — коэффициент качества конструкции;
l 43
К 4к 0= ── .
7l
X 4o 0, Y 4o 0 — безразмерныекоординаты точки, в которой определяется
перегрев всистеме координат, центр которойсовпадает с центром
i-того элемента,а оси /1-6/ сторонам i-того элемента;
x 4o 0 = x 4o 0 /l 4 3
7e 0(q 41 0r) = 7e 41 0(q 4o 0) — 7e 42 0(q 4o 0k)
7e 41 0(q 4o 0) 7 0и 7 e 42 0(q 4o 0k) даны втаблице.
Определим перегрев 7 Q 41-2 0 в ближайшей тоске влияния дросселя
(элемента 2) натранзистор (элемент 1).
7d 41 5' 0= 27,5 / 4 7 0х 4о 0 = 4,75
7d 42 0' = 33,5/ 4 4 0у 4о 0 = 0
q 41 0 = 11,65 7 4 7 0r 41 0 =8,4
q 42 0 = 2,15 7 0 4 7 0r 42 0 = 8,4
К 41 0 = 1,4 4 0К 43 0 = 1,4
К 42 0= 4,0 4 0К 44 0= 4,0
7e 0(q 41 0;r 41 0) = 1
7e 0(q 42 0;r 42 0) = 0,9726
7e 0(q 41 0;r 42 0) = 1
7e 0(q 42 0;r 42 0) = 0,9726
7Q 41-2 0 = 0,197
Перегрев в ближайшей точке влияниядросселя (элемент 2) на
диод (элемент 3)
7Q 43-2 0=0,00003
Для остальных элементов:
Диод (элемент 3) 7 Q 41-3 0 =6 77 010 5-3 0 натранзистор
Стабилитрон (элемент 5) 7 Q 41-5 0 =6 77 010 5-3 0 (элемент 1)
Транзистор (элемент 1) 7 Q 42-1 0 =3 77 010 5-4 0 надроссель
Диод (элемент 3) 7 Q 42-3 0 =6,63 77 010 5-2 0 (элемент 2)
Трансформатор (элемент 4) 7 Q 42-4 0 = 4 77 010 5-4
Стабилитрон (элемент 5) 7 Q 42-5 0 =3 77 010 5-6
Транзистор (элемент 1) 7 Q 43-1 0 = 0 на диод
Трансформатор (элемент 4) 7 Q 43-4 0 =1,6 77 010 5-2 0 (элемент 3)
Дроссель (элемент 2) 7 Q 44-2 0 =7 77 010 5-6 0 натрансформа-
Стабилитрон (элемент 5) 7 Q 44-5 0 =1,47 77 010 5-3 0 тор (эл. 4)
Транзистор (элемент 1) 7 Q 45-1 0 =7,8 77 010 5-5 0 на
Дроссель (элемент 2) 7 Q 45-2 0 = 7 77 010 5-4 0 стабилитрон
Диод (элемент 3) 7 Q 0 45-3 0 =4,44 77 010 5-2 0 (элемент 5)
Трансформатор (элемент 4) 7 Q 0 45-4 0 =4,44 77 010 5-2
.
РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ПЕРЕГРЕВОВЭЛЕМЕНТОВ
Определяем безразмерные параметрыэлементов схемы:
min( 7D 01i, 7D 0 2i) 4 0 max( 7D 01i, 7D 0 2i)
q 4oi 0=──────────── и K 4i 0= ────────────
l 43 0 min( 7D 01i, 7D 0 2i)
Удельная мощность рассеивания элементовравна
W 4i 0 =P 4i 0/ S 4i
Перегрев элементов под действиемрассеиваемой мощности:
7Q 0 4i 0 = 4 0K 4k 77 0W 4i 77e 0 (q 4oi 0,k)
Собственный перегрев состоит из перегреваэлемента и перег-
рева клея
7Q 0 4ni 0 = 7 Q 0 4i 7 0+ 7Q 0 4кл
Для транзисторов: q 4о 0 4т 0=6,875 4 0K 4т 0=1,2
Для трансформатора: 4 0q 4о 0 4тр 0=6,875 4 0K 4тр 0=1,0
Для диода: 4 0 q 4о 0 4д 0=1,75 4 0K 4д 0=1,0
Для дросселя: 4 0 q 4о 0 4др 0=4,5 4 0 K 4др 0=1,0
7e 0 41 0(q 4о 0 4т 0)=0,9999 4 0 4 0 7e 0 41 0(q 4о 0 4др 0)=0,99930
7e 0 42 0(q 4о 0 4тр 0)=0,999952 4 0 7e 0 41 0(q 4о 0 4д 0)=0,86863
7e 42 0(q 4о 0 4т 0 K 4т 0) = 0 4 0 7e 42 0(q 4о 0 4др 0K 4др 0)=0,0008
7e 42 0(q 4о 0 4тр 0 K 4т 0) = 4,5 4 0 7e 42 0(q 4о 0 4д 0K 4д 0)=0,05077
K 4k 0 =0,22 77 010 5-4 0 м 52 0 град/Вт
W 4т 5 0= 5 00,224 5 0Вт/см 52
W 4др 0= 5 00,28 5 0 Вт/см 52
W 4тр 0= 5 00,08 5 0 Вт/см 52
W 4т 5 0= 5 01,02 Вт/см 52
Перегрев элемента под действием рассеиваемоймощности:
7Q 4т 0 = 0,5 77 010 5-5
7Q 4др 0= 0,6 77 010 5-5
7Q 4тр 0= 5 00,176 77 010 5-5
7Q 4д 0 = 5 02,2 77 010 5-5
Собственный перегрев элемента:
7Q 4нт 0 = 0,20955
7Q 4нтр 0= 0,60002
7Q 4нд 0 = 2,12602
7Q 4ндр 0= 8,4006
2.1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНЫХ ПЕРЕГРЕВОВЭЛЕМЕНТОВ
Полный перегрев элемента равен сумме собственного перегрева
и перегревов,вызванных влиянием остальных элементов схемы.
Температура элементов с учетом влияниядругих элементов сос-
тавит:
t 4i 0 = t 4oc 0+ 7Q 4ni
t 41 0=70,46 5o 0C,t 42 0=78,50 5o 0C, t 43 0=72,14 5o 0C,t 44 0=72,14 5o 0C, 4 0t 45 0=70,80 5o 0C
.
ш1
Температура элементов таблица
┌────────┬─────────────────────────────────────────────────────┐
│Источник│ Элемент, на который влияет │
│влияния├──────────┬──────────┬──────────┬─────────┬──────────┤
│ │ 1 │ 2 │ 7 0 3 │ 4 │ 5 │
├────────┼──────────┼──────────┼──────────┼─────────┼──────────┤
│ 1 │ 0,20 │ 5 00,3 77 010 5-3 0 │ - │ - │0,156 77 010 5-3 0│
│ 2 │ 0,197 │ 8,40 7 0 │ 0,3 77 010 5-4 0 │0,7 77 010 5-4 0│0,14 77 010 5-2 7 0│
│ 3 │ 0,006 │0,076 │ 2,126 │ 0,016 │0,0888 │
│ 4 │ - │0,4 77 010 5-3 0 │ 0,016 │ 2,126 │0,8888 │
│ 5 │ 0,6 10 5-3 0 │0,3 77 010 5-5 0 │0,1 77 010 5-5 0 │ 0,1 77 010 5-5 0│0,60 │
├────────┼──────────┼──────────┼──────────┼─────────┼──────────┤
│ Итого │ 0,457 │ 8,477 │ 2,142 │ 2,142 │ 0,779 │
└────────┴──────────┴──────────┴──────────┴─────────┴──────────┘
ш0
.
КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ПЕЧАТНОЙПЛАТЫ
Материалы, используемые в качестве оснований для печатных
плат (ПП), должны обладать совокупностью определенныхсвойств. К
их числу относятся высокие электроизоляционныесвойства, доста-
точнаямеханическая прочность и др. Все этисвойства должны быть
стабильными привоздействии агрессивных сред и изменяющихся усло-
вий. Крометого, материал платы должен обладатьхорошей сцепляе-
мостью стокопроводящим покрытием, минимальным короблением в про-
цессепроизводства и эксплуатации. Если платыизготавливаются из
листовогоматериала, то последний должен допускать возможность
обработкирезанием и штамповкой.
В качестве материала ПП используем листовойфольгированный
материал — стеклотекстолит фольгированный марки СФ 2-50-2,0
ГОСТ 10316-70.
Выбор данного материала объясняется назначениеми условиями
работымикромодуля. Печатные платы из стеклотекстолита имеют
нужнуюустойчивость к механическим, вибрационным, климатическим
воздействиям посравнению с платами из гетинакса. Физико-механи-
ческие иэлектрические свойства сведены в таблицу
Таблица 2
Физико-механические свойствастеклотекстолита
┌─────────────────────────────────────────────────────┬─────────┐
│ Показатели │ СФ-2 │
├─────────────────────────────────────────────────────┼─────────┤
│1.Плотностьс фольгой, г/см 52 0 │ 1,9-2,9│
│2.Пределпрочности на растяжение, кг/см 52 0 │ 2000 │
│3.Удельноеповерхностное электрическое сопротивление,│ 10 510 0 │
│ Ом │ │
│4.Тангенсугла диэлектрических потерь при частоте │ 0,07 │
│ 10 56 0Гц │ │
│5.Диэлектрическаяпроницаемость │ 6 │
└─────────────────────────────────────────────────────┴─────────┘
Размеры плат не рекомендуется брать более 240х360 мм при
обычных и 120х180мм при малогабаритных деталях. Это связано с
тем, что при больших габаритных размерах ПП увеличивается длина
печатногопроводника, чем снижается его прочность, снижается сила
сцепленияпечатного проводника с изоляционным материалом, что
требуется затемдополнительное сцепление путем предусмотрения до-
полнителныхконтактных площадок и отверстий. Из-за этого увеличи-
ваются паразитныесвязи, что неблагоприятно сказывается напара-
метры устройства(помехи, пульсации, паразитные связи,наводки и
т.д.).Одновременно снижается механическая жесткость печатной
платы.
Для устранения этого эффектарекомендуется и целесообразно
более квадратнаяи прямоугольная форма (рекомендуемое соотношение
сторон по ОСТ4ГО.070.011 — 1:1; 1:2; 2:3; 2:5).
Платы всех размеров рекомендуется выполнять с плотностью
монтажа,соответствующей классу А. К этому классуотносятся пла-
ты, у которых ширина проводников и расстояние междуними в узких
местах находятсяв пределах 0,5-0,6 мм.
Принимается площадь всех элементов 80,6см 52 0, а коэффициенты
плотности монтажаравным 0,7, получаем максимальнуюплощадь пе-
чатной платыравной 116 см 52 0.
Исходя из особенностей конструкцииблока, а именно: ограни-
чение размеров вцелях достижения наименьших габаритов микромоду-
ля, печатнаяплата модуля имеет размеры и форму, изображенную на
рисунке
_Форма и размерыплаты
.
Зная габариты платы, можно перейти ккомпоновке элементов на
ПП с учетом необходимых зазоров между элементами ирационального
их размещения,для снижения паразитных связей и наводок.
Выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм согласно ГОСТ
20317-62 иотраслевого стандарта ОСТ 4.ГО.070.011.
Центры монтажных и переходных отверстий расположены в узлах
координатнойсетки.
.
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИМИКРОМОДУЛЯ.
Надежность — свойство изделия сохранятьсвои параметры в за-
данныхпределах и в заданных условияхэксплуатации в течение оп-
ределенного промежуткавремени.
Общую надежность можно принимать как совокупность трех
свойств:безотказность, восстанавливаемость, долговечность.
Безотказность - свойство системы непрерывно сохранять рабо-
тоспособность втечение заданного времени в определенных условиях
эксплуатации.Она характеризуется закономерностямивозникновения
отказов.
Восстанавливаемость - это приспособленность системы к обна-
ружению иустранению отказов с учетом качества технического обслу-
живания. Онахара