Обеспечение тепловых режимов печатного узла источника вторичного электропитания

Звягина С.С., Рощина М.В. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПЕЧАТНОГО УЗЛА ИСТОЧНИКА ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

В работе проведен анализ и обеспечены требуемые тепловые режимы комплектующих элементов печатного узла источника питания с применением методов компьютерного моделирования в подсистеме АСОНИ-КА-ТМ

Общеизвестно, что надежность электронных средств вообще, и источников вторичного электропитания в частности, прямо зависят от теплового режима комплектующих электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Тепловой режим ЭРЭ количественно оценивается через соответствующий коэффициент, равный отношению рабочей температуры к ее предельно допустимому значению.

Предельное значение задается в технических условиях на элемент, а рабочее значение рассчитывается на ЭВМ методами компьютерного моделирования. При расчете, начальным и наиболее трудоемким шагом является нахождение и заполнение справочной базы данных (СБД) исходной информацией об ЭРЭ и материалах конструкции.

Необходимо задать геометрические параметры элементов ЭРИ (позиция по оси Х и позиция по оси У), а также размеры посадочного места по трем осям и, обязательно указать вариант установки. Затем следует заполнить соответствующие поля значениями теплофизических параметров, таких как коэффициент черноты поверхности, тепловое сопротивление крепления и теплоёмкость, а также максимальную и минимальную допустимые температуры корпуса элемента.

И в завершение вводится мощность тепловыделения, которая является важнейшим параметром в данном расчете. СБД состоит из основных и дополнительных таблиц. На рис. 1 приведена основная таблица для ЭРЭ С5.

Рис.1. Описание элемента С5

Далее задаем параметры слоя, его толщину и материал. Основными теплофизическими параметрами слоя являются его плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и черноты.

Следующим важным шагом является необходимость задания воздействия на печатный узел (ПУ), которое будет определять тепловой расчет. Тепловым граничным условием в данном случае выбираются естественная конвекцию в окружающую среду и излучение с плоской неразвитой поверхности на соседний конструкционный элемент (КЭ).

При этом нам нужно указать температуру окружающего воздуха, температуру соседнего КЭ и давление воздуха. Эти данные рассчитываются в подсистеме АСОНИКА-Т, в которой формируется топологическая модель именно для расчета этих данных. Также указываем крепления ПУ, которые задаются формой, радиусом и коэффициентом жесткости.

Таким образом, сформирована база данных, заданы воздействия и параметры ПУ, остается только импортировать изображение из РСДБ в подсистему АСОНИКА-ТМ и мы получаем модель ПУ.

Проведя расчет, целью которого является анализ тепловых характеристик, получаем поля температур (рис.2) на ПУ и карту тепловых режимов (рис.3), как основной результат данного расчета, в которой приводится температура и коэффициент нагрузки на каждом элементе.

Рис.3. Карта рабочих режимов ПУ

Как показали результаты расчетов, на данном ПУ перегрева ни на одном из элементов нет, однако наблюдается существенный разброс значений коэффициента нагрузки. Из полей температур видно, что наиболее нагружен элемент Я2, а элементы Ь2 - Ь5 имеют невысокие допустимые температуры. Следовательно, необходимо предпринять меры для повышения надежности устройства за счет выравнивания коэффициента тепловой нагрузки ЭРЭ. Можно рекомендовать следующие меры:

Заменить эти элементы на другие, с более высокими допустимыми температурами;

Обеспечить снижение температуры на этих элементах. Для этого можно использовать радиатор с естественной или вынужденной конвекцией или тепловую шину, которая будет распределять температуру по всей поверхности ПУ.

Литература

1. "Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий". Под редакцией Ю.Н. Кофанова , Н.В. Малютина, А.С. Шалумо-ва. том1.2007 г.стр.106.

2. http://www.asonika.ru/content/view/52/18/

3. http://www.asonika.ru/content/view/49/14/