Автомобильная система видеонаблюдения (стр. 5 из 15)
э) удельная плотность –
;е) коэффициент запаса прочности –
.1. Массу печатаной платы можно рассчитать по такой формуле:
(7.3.1)где r - плотность стеклотекстолита (r=2050 кг/м3), а*b*h – размеры печатной платы (берутся из чертежа печатной платы).
Пользуясь формулой (7.1) рассчитаем массу нашей печатной платы:
(кг).2. Определим коэффициент влияния (он учитывает массу ЭРЭ на печатной плате) пользуясь следующим выражением:
(7.3.2)где mЭ – суммарная масса всех ЭРЭ на печатной плате, mЭ=18,4 г.
Рассчитаем КВ по формуле (7.2):
3. Далее следует определить собственную частоту колебаний печатной платы:
(7.3.3) 
(7.3.4)где D – цилиндрическая жесткость, определяется по формуле:
Е – модуль Юнга (Е=3.02*1010 Па);
m - коэффициент Пуассона (m=0.22).
Подставим эти значения в формулу (7.4):
(Н*м);Определим a, считая, что плата опирается по четырем сторонам:
;n=r*g, где g – ускорение свободного падения (g=9.81).
Теперь подставим все найденные значения в выражение (6.3.3) и найдем собственную частоту колебания печатной платы:
(Гц).Практика показала, что если fc>250 Гц, то конструкция абсолютно жесткая. Делаем вывод, что устройство не нуждается в дополнительных опорах, амортизаторах или других элементах, необходимых для уменьшения перегрузок при действии вибрации.
Максимальную мощность рассеивает стабилизатор напряжения IRU1117-33CY.
На данной микросхеме падение напряжения составляет 2 В и протекает суммарный ток потребления всей схемы – 415 мА.
Определим выделяемую мощность:
(Вт)Из документации:
- допустимая температура кристалла микросхемы:
;- сопротивление кристалл/корпус
;- сопротивление корпус/среда
.Для расчёта возьмем температуру окружающей среды
.Рассчитаем температуру кристалла [9]:
(7.4.1) 
Данная температура является допустимой для работы микросхемы.
Поскольку корпус этой микросхемы – ТО220, который может рассеивать мощность до 1500 мВт, и установка микросхемы является такой, при которой корпус будет рассеивать мощность в штатном режиме работы – делаем вывод, что для такой ИМС радиатор не нужен.
7.5 Расчет показателей надежности
Одна из важнейших задач конструирования – разработка РЭА, ЭВМ и систем, обладающих высокой экономической и технической эффективностью, которая в значительной степени определяется их надежностью [3].
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования (ГОСТ 27.002-83). Если ЭВА отвечает всем эксплуатационным требованиям, то она считается надежной. Выделяют два основных вида надежности:
– техническая – это надежность на соответствие ТУ и определяется в заводских условиях для всех изделий;
– эксплуатационная – надежность данного элемента в условиях эксплуатации с учетом режимов работы, местных условий и квалификации обслуживающего персонала. Основными свойствами этого типа надежности являются безотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость.
Основными показателями и характеристиками надежности являются:
P(t) – вероятность безотказной работы;
λ(t) – интенсивность отказов;
Тср. – среднее время наработки до первого отказа;
Q(t) – вероятность отказа.
Целью расчета показателей надежности является определение численных значений основных показателей надежности по интенсивности отказов элементов.
Исходная характеристика надежности для элементов конструкции является интенсивность отказов, которая является функцией режима работы элемента, температуры окружающей среды и внешних воздействий.
,(7.5.1)где λОЭ – интенсивность отказа элемента при оптимальных условиях;
КН – коэффициент электрической нагрузки, равный отношению рабочей нагрузки к оптимальной:
;(7.5.2)αt – температурный коэффициент, показывающий во сколько раз отличается интенсивность отказа элемента при данном КН от интенсивности отказа при номинальных условиях :
;(7.5.3)αb – коэф. учитывающий влияние внешних воздейств. на надежность элемента
Таблица 6.5.1
Интенсивность отказов элементов печатной платы [10].
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Наименование элемента | Тип элемента | N | λо.э10-7, 1/ч | Кн | at | ab | N∙λо.э.∙10-7 Кн∙at∙ab |
| Диоды Шоттки | 1N5824 | 1 | 0,3 | 0,3 | 1,1 | 1 | 0,099 |
| Конденсаторы | Smd 0603 | 33 | 0,3 | 0,6 | 0,2 | 1 | 1,188 |
| Резисторы | Smd 0805 | 24 | 0,02 | 0,2 | 1,6 | 1 | 0,153 |
| Микросхема | K1156EK5 | 1 | 0,2 | 1 | 3 | 1 | 0,6 |
| Микросхема | IRU1117-33 | 1 | 0,2 | 1 | 3 | 1 | 0,6 |
| Микросхема | ATmega1281 | 1 | 0,2 | 1 | 3 | 1 | 0,6 |
| Микросхема | SAA7114HL1 | 1 | 0,2 | 1 | 3 | 1 | 0,6 |
| Микросхема | HY27UF082G | 4 | 0,2 | 1 | 3 | 1 | 2,4 |
| Резонатор кварцевый | KX-38 | 1 | 0,2 | 1 | 1 | 1 | 0,2 |
| Резонатор кварцевый | KX-3H | 1 | 0,2 | 1 | 1 | 1 | 0,2 |
| Контакты разъема | 26 | 0,2 | 1 | 1 | 1 | 1 | |
| Печатная плата | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | |
| Пайка выводов | 498 | 0,005 | 1 | 1 | 1 | 2,49 |
В таблице 6.5.1. приведены справочные данные по интенсивности отказов для каждого элемента.
Обозначения в таблице:
N – количество элементов;
lо.э. – интенсивность отказов элементов (1/ч);
Кн – коэффициент нагрузки:
at – температурный коэффициент;
ab – коэффициент воздействий внешней среды;
Для учета влияния режима работы на интенсивность отказов ЭРЭ вводят коэффициент нагрузки
.Коэффициент нагрузки для диодов:
Коэффициент нагрузки для конденсаторов:
Коэффициент нагрузки для транзисторов:
Коэффициент нагрузки для микросхем:
Для ИС:
Коэффициент нагрузки для резисторов:
Для учета влияния теплового режима работы на интенсивность отказов ЭРЭ вводят температурный коэффициент at
Влияния условий эксплуатации на интенсивность отказов учитывает коэффициент aэ. Он характеризует отношение интенсивности отказов ЭА различного назначения к лабораторной интенсивности отказов.
Согласно техническому заданию, проектируемое устройство относится к стационарной наземной ЭВА и значение aэ = 10
Из таблицы 6.5.1 определяем результирующую интенсивность отказов:
lр = 20,13·10-7
Далее определим среднее время наработки до первого отказа
Затем определим вероятность безотказной работы в течении 1 года:
Тогда вероятность отказов Q(t) = 1-0,985 = 0,015
Построим график вероятности безотказной работы печатного узла в зависимости от времени работы:
| t, час. | 10 | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 |
| P | 0,999853 | 0,999853 | 0,998528 | 0,985376 | 0,863018 | 0,229193 | 4,1·10-7 |
