МНОГОСЛОЙНАЯ ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПОДОГРЕВА ЭЛЕМЕНТОВ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к многослойным печатным платам с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур, содержащая связанные в слоистую конструкцию основные подложки с проводящими дорожками сигнального топологического рисунка печатного монтажа и по крайней мере одну вспомогательную подложку, содержащую нагревательный элемент, выполненный из электропроводного материала, нагрев которого осуществляется путем пропускания по нему электрического тока.
Уровень техники
Многослойная печатная плата с установленными электронными компонентами может использоваться в составе устройств, работающих при низких температурах. При необходимости применения электронных компонентов с узким рабочим температурным диапазоном (например, интегральные микросхемы с рабочим диапазоном 0…+70 °C) в составе радиоэлектронной аппаратуры, работающей в жестких температурных условиях (до -60 °C), требуется проведение дополнительных мероприятий по обеспечению заданных температурных режимов. Обычно, для обеспечения работоспособности в интервале экстремальных отрицательных температур, для подогрева элементов РЭА применяют дискретные нагревательные элементы (например, резисторы большой мощности), которые устанавливают на многослойных печатных платах. При опускании температуры ниже заданной, включают подогрев путем пропускания электрического тока через эти нагревательные элементы. Недостатком такого способа является неравномерность нагрева и большой расход электроэнергии при рассеивании тепла не по назначению.
Так из уровня техники известна Многослойная печатная плата с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур, содержащая связанные в слоистую конструкцию основные подложки с проводящими дорожками сигнального топологического рисунка печатного монтажа и по крайней мере одну вспомогательную подложку, содержащую нагревательный элемент, выполненный из электропроводного материала, нагрев которого осуществляется путем пропускания по нему электрического тока, описанная в патенте на полезную модель №166556 U1, опубл. 10.12.2016 г.
Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели. Недостатком данного устройства является то, что:
1. Не реализована обратная связь отключения нагревательного элемента по достижению заданной температуры, таким образом, может произойти перегрев электронных компонентов.
2. Не реализована защита от холодного старта - ввиду ограничения рабочего температурного диапазона электронных компонентов, питание на них должно подаваться только после нагрева и выхода на рабочий диапазон. При подаче питания на охлажденные электронные компоненты, они могут выйти из строя.
Раскрытие полезной модели
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить многослойную печатную плату с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур, позволяющую как минимум сгладить, указанный выше недостаток, а именно обеспечить возможность контроля за температурным режимом элементов печатной платы, что и является поставленной технической задачей настоящей полезной модели.
Для достижения этой цели плата включает в себя блок управления, соединенный с нагревательным элементом и выполненный с возможностью управления подогревом нагревательного элемента и управления подачей питания на защищаемые электронные компоненты печатной платы только после выхода на рабочий температурный режим.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность управления подогревом нагревательного элемента и управления подачей питания на защищаемые электронные компоненты печатной платы только после выхода на рабочий температурный режим. То есть можно исключить перегрев элементов радиоэлектронной аппаратуры, а также обеспечить предварительный прогрев элементов радиоэлектронной аппаратуры, необходимый в тех случаях, когда указанные элементы могут быть выведены из строя, если начать их использования при особенно низких температурах.
Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором блок управления выполнен с возможностью отключения подогрева нагревательного элемента при достижении верхней заданной температуры и включения подогрева нагревательного элемента при достижении нижней заданной температуры.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить отключение подогрева нагревательного элемента при достижении верхней заданной температуры и включение подогрева нагревательного элемента при достижении нижней заданной температуры.
Существует также возможный вариант исполнения полезной модели, в котором электрическая цепь нагревательного элемента выполнена в виде зигзагообразного печатного проводника, расположенного по всей площади многослойной печатной платы для равномерного ее нагрева.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить равномерный нагрев многослойной печатной платы.
Существует альтернативный возможный вариант исполнения полезной модели, в котором электрическая цепь нагревательного элемента выполнена в виде зигзагообразного печатного проводника, расположенного в местах расположения на многослойной печатной плате элементов радиоэлектронной аппаратуры, требующих подогрева.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить нагрев многослойной печатной платы только в тех ее местах, где расположены элементы радиоэлектронной аппаратуры, требующие подогрева.
Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором блок управления выполнен на базе термистора и транзистора, установленных на печатной плате.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить конкретный вариант реализации существует возможный вариант исполнения блока управления.
Наконец, существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором блок управления выполнен на базе операционного усилителя и транзистора, установленных на печатной плате.
Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность обеспечить другой конкретный вариант реализации существует возможный вариант исполнения блока управления.
Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
фиг. 1 изображает пример фрагмента многослойной печатной платы с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур, согласно полезной модели,
фиг. 2 изображает пример выполнения вспомогательной подложки с нагревательным элементом в виде зигзагообразного печатного проводника, расположенного по всей площади многослойной печатной платы, согласно полезной модели,
фиг. 3 изображает пример выполнения вспомогательной подложки с нагревательным элементом в виде зигзагообразного печатного проводника в местах расположения на многослойной печатной плате элементов радиоэлектронной аппаратуры, требующих подогрева, согласно полезной модели.
На фигурах обозначено:
1 - подложка с проводящими дорожками сигнального топологического рисунка печатного монтажа,
2 - вспомогательная подложка,
3 - нагревательный элемент,
4 - металлизированное сквозное отверстия,
5 - скрытое межслойное отверстие,
6 - блок управления,
7 - интегральные микросхемы.
Штриховыми линиями на фиг. 3 обозначены места установки, например, интегральных микросхем, требующих подогрева.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3.
Согласно фиг. 1-3 многослойная печатная плата с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур, содержит связанные в слоистую конструкцию основные подложки 1 с проводящими дорожками сигнального топологического рисунка печатного монтажа и по крайней мере одну вспомогательную подложку 2, содержащую нагревательный элемент 3, выполненный из электропроводного материала, нагрев которого осуществляется путем пропускания по нему электрического тока. Плата включает в себя блок управления 6, соединенный с нагревательным элементом 3 и выполненный с возможностью управления подогревом нагревательного элемента 3 и управления подачей питания на защищаемые электронные компоненты печатной платы только после выхода на рабочий температурный режим.
Блок управления 6 выполнен с возможностью отключения подогрева нагревательного элемента при достижении верхней заданной температуры и включения подогрева нагревательного элемента 3 при достижении нижней заданной температуры.
Электрическая цепь нагревательного элемента может быть выполнена в виде зигзагообразного печатного проводника, расположенного по всей площади многослойной печатной платы для равномерного ее нагрева, см. фиг. 2.
Электрическая цепь нагревательного элемента может быть выполнена в виде зигзагообразного печатного проводника, расположенного в местах расположения на многослойной печатной плате элементов радиоэлектронной аппаратуры, требующих подогрева, см. фиг. 3.
Блок управления 6 может быть выполнен на базе термистора и транзистора, установленных на печатной плате.
Блок управления 6 может быть выполнен на базе операционного усилителя и транзистора, установленных на печатной плате.
В качестве электропроводного материала нагревательного элемента могут использоваться медь, нихром, константан или манганин. Электронные компоненты, необходимые для измерения температуры, управления подачей питания на нагревательный элемент и управления подачей питания на «защищаемые» электронные компоненты располагается на поверхности печатной платы.
Осуществление полезной модели
Многослойная печатная плата с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур работает следующим образом. (Приводится не ограничивающий применения полезной модели пример использования).
На фиг. 1 приведен пример фрагмента многослойной печатной платы с добавлением одной вспомогательной подложки 2 с нагревательным элементом 3 (вторая сверху). Остальными подложками в слоистой конструкции многослойной печатной платы являются подложки с проводящими дорожками сигнального топологического рисунка печатного монтажа 1. На фиг. 1 для примера приведены изображения металлизированного сквозного отверстия 4 и скрытого межслойного отверстия 5. Нагревательный элемент 3 может быть реализован разными способами. На фиг. 2 приведен пример выполнения вспомогательной подложки 2 с нагревательным элементом 3 в виде зигзагообразного печатного проводника, расположенного по всей площади многослойной печатной платы для равномерного ее нагрева. На фиг. 3 приведен пример выполнения вспомогательной подложки 2 с нагревательным элементом 3 в виде зигзагообразного печатного проводника в местах расположения на многослойной печатной плате элементов РЭА, требующих подогрева. Такая конструкция обеспечивает подогрев многослойной печатной платы в локальных местах, например, в местах размещения интегральных микросхем 7.
Электрическая цепь нагревательного элемента 3 может быть выполнена различными способами. Электропроводный материал электрической цепи может иметь низкое погонное сопротивление (медь и т.п.), а также высокое погонное сопротивление (нихром, константан, манганин и т.п.). Выбор электропроводного материала должен быть осуществлен исходя из необходимой токонесущей способности проводников многослойной печатной платы.
Для выхода на заданный рабочий режим реализован блок управления (поз. 5 фиг. 1), обеспечивающий управление подачей питания на нагревательные элементы при температуре ниже заданной, и управление подачей питания на «защищаемые» электронные компоненты при достижении рабочего температурного диапазона.
Пример работы
На плате может быть установлен датчик температуры, который обеспечивает работу блока управления в следующем режиме:
+4°С и ниже - питание включается
+14°С и выше - питание выключается
Или же может быть реализован режим, при котором цепь управления подачей питания на всю электрическую цепь контроллера:
0°С и ниже - питание выключается
+5°С и выше - питание включается
Промышленная применимость
Многослойная печатная плата с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур может быть осуществлена специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.
В соответствии с предложенным решением заявителями был изготовлен опытный образец многослойной печатной платы с возможностью подогрева элементов радиоэлектронной аппаратуры в условиях воздействия отрицательных температур.
Он был использован в качестве контроллера монитора как контроллер TFT LCD, в версиях: УКМ-1912-01 - версия VGA+DVI и УКМ-1912-02 - версия VGA+HDMI.
Испытания опытного образца показали, что блок управления обеспечивает управление подачей питания на нагревательные элементы при температуре ниже заданной, и управление подачей питания на «защищаемые» электронные компоненты при достижении рабочего температурного диапазона. Все это, в конечном счете, обеспечивает выполнение достигаемого технического результата - возможность контроля за температурным режимом элементов печатной платы.