Разработка устройства Видеопорт (стр. 5 из 6)

φ₁ = 1,0; φ₂ = 1,0; φ₃ = 0,75; φ₄ = 0,5;

φ₅ = 0,31; φ₆ = 0,187; φ₇ = 0,11

Таблица нормативов комплексных показателей технологичности

электронно-вычислительной техники:

Для условий мелкосерийного производства изделие обладает высокой технологичностью.

Так же существуют следующие коэффициенты, не вошедшие в вышеприведенную формулу

1) Коэффициент повторяемости электрорадиоэлементов в изделии:

Кпэ = ( 1 + Nт ) / Nэрэ,

где

Nт = 12 – число типоразмеров ЭРЭ в изделии,

Nэрэ = 39 – число ЭРЭ в изделии.

Кпэ = ( 1 + 12 ) / 39 = 0.33 т.е. хорошая повторяемость.

2) Коэффициент применяемости печатного монтажа:

Кп = Nкпг / Nкп,

где

Nкпг – число контактных площадок, паянных групповым методом,

Nкп – общее число контактных площадок.

Т.к. Nкпг= Nкп, то Кп = 1 (серийное производство)

3) Коэффициент повторяемости ИС:

Кповт.ис = 1 – Nт.ис / Nис,

где

Nт.ис = 5 – число типоразмеров ИС в изделии,

Nис = 24 – число ИС в изделии.

Кповт.ис = 1 – 5 / 24 = 0.79 (высокая повторяемость)

4) Коэффициент установочных размеров:

Кур = 1 – Nур / Nэрэ,

где

Nэрэ = 13 – число ЭРЭ в изделии,

Nур = 4 – число различных установочных размеров.

Кур = 1 – 4 / 13 = 0.61 (малая разница установочных размеров)

Исходя из найденных выше коэффициентов, видно, что конструкция технологична.

8. Тепловой расчет

Тепловые режимы радиоэлектронной аппаратуры в значительной степени определяют ее надежность. Микро миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры привела к значительному увеличению удельных тепловых нагрузок. С позиции теплофизики радиоэлектронный аппарат представляет собой систему тел, которые сложным образом распределены в пространстве и являются источниками и стоками энергии.

Прежде чем приступить к выбору системы охлаждения проанализируем условия эксплуатации проектируемого изделия. Электронный контроллер должен работать в помещениях с нормальными климатическими условиями. Роль корпуса осуществляет пласмассовая конструкция с зазорами. Перенос тепла осуществляется в основном за счет конвекции. Общую мощность, выделяемую контроллером можно подсчитать, просуммировав выделяемые мощности каждого компонента.

Таблица потребления микросхем:

Микросхема	Эле-ты	Кол-во	Рср ,мВт	Тип Корпуса	H, мм	А, мм	В, Мм
K537РУ17	D1,D2,D2	3	5	4119.28-6.02	5.5	12	37
К555ИЕ10	D4,D5,D6,D7,D16	5	156	238.16-2	5	7.5	21.5
К555ТМ2	D8,D17	2	19	201.14-8	5	7.5	19.5
К555ИД7	D9,D23	2	50	238.16-2	5	7.5	21.5
К555ЛН1	D10,D13,D14	3	33	201.14-1	5	7.5	19.5
К555ЛИ1	D11,D12,D15	3	44	201.14-1	5	7.5	19.5
К555ИР13	D18	1	120	405.24-2	5.5	12	30
К555ИР22	D19,D20,D21,D22	4	125	4153.20-1.01	5	7.5	25
8 типов	23	1.784

Общая мощность, выделяемая устройством

.

Общее количество микросхем

.

Исходные данные для расчета

1. Геометрические параметры корпуса

.

2. Геометрические параметры платы

.

3. Мощность, выделяемая источниками тепла

.

4. Средняя мощность одного источника

5. Коэффициент теплопроводности стеклотекстолита основания печатной платы

.

6. Давление окружающей среды

.

7. Давление воздуха внутри блока

.

8. Температура эксплуатации

.

Исходными данными для расчета служат значения следующих параметров:

- базовая температура - То = 293 К,

- мощность выделяющаяся в микросхеме - Qэi , Вт -

Qэ₁ = 0.005 Qэ₂ = 0.005 Qэ₃ =0.005 Qэ₄ = 0.156 Qэ₅ = 0.156

Qэ₆ =0.156 Qэ₇ =0.156 Qэ₈ = 0.156 Qэ₉ = 0.019 Qэ₁₀ = 0.019

Qэ₁₁ = 0.05 Qэ₁₂ = 0.05 Qэ₁₃ =0.022 Qэ₁₄ =0.033 Qэ₁₅ =0.033

Qэ₁₆ =0.033 Qэ₁₇ =0.044 Qэ₁₈ =0.044 Qэ₁₉ =0.044 Qэ₂₀ =0.12

Qэ₂₁ =0.125 Qэ₂₂ =0.125 Qэ₂₃ =0.125

- размеры корпуса блока без учета теплоотводящих ребер -

Lкх = 0.12 м, Lкy = 0.14 м, Lкz = 0,02 м,

^- общая площадь внешней поверхности блока - Sк = 0.044 м²,

^- площадь основания микросхемы - Sэоi , 10^-6 м²

Sэ₁ =444 Sэ₂ =444 Sэ₃ =444 Sэ₄ =161,25 Sэ₅ =161,25

Sэ₆ =161,25 Sэ₇ =161,25 Sэ₈ =161,25 Sэ₉ =146,25 Sэ₁₀ =146,25

Sэ₁₁ =161,5 Sэ₁₂ =161,25 Sэ₁₃ =146,25 Sэ₁₄ =146,25 Sэ₁₅=146,25

Sэ₁₆=146,25 Sэ₁₇=146,25 Sэ₁₈=146,25 Sэ₁₉=360 Sэ₂₀= 187,5

Sэ₂₁=187,5 Sэ₂₂=187,5 Sэ₂₃=187,5

- суммарная площадь поверхности микросхемы - Sэi, 10^-6 м²

Sэo₁ =1784 Sэo₂ =1784 Sэo₃ = 1784 Sэo₄ =612,5 Sэo₅ =612,5

Sэo₆ =612,5 Sэo₇ =612,5 Sэo₈ =612,5 Sэo₉ =562,5 Sэo₁₀ =562,5

Sэo₁₁ =612,5 Sэo₁₂ =612,5 Sэo₁₃ =562,5 Sэo₁₄ =562,5 Sэo₁₅ =562,5

Sэo₁₆ =562,5 Sэo₁₇ =562,5 Sэo₁₈ =562,5 Sэo₁₉ =1082 Sэo₂₀ =700

Sэo₂₁ =700 Sэo₂₂ =700 Sэo₂₃ =700

- размеры печатной платы - lx = 0.11 м, ly = 0.13 м,

- коэффициент перфорации корпуса блока - Кп = 1,

- толщина печатной платы - dп = 0.0015мм,

- зазор между основанием микросхемы и печатной платой - dз = 0.001 м,

- коэффициент теплопроводности диэлектрического основания платы - стеклотекстолита - l1 = 0.372 Вт/м*К,

- коэффициент теплопроводности материала, заполняющего зазор между микросхемой и печатной платой - воздух - ls = 0.02442 Вт/м*К,

- объем печатной платы - Vп = 10*10^-6 м³,

- шаг установки микросхем на печатной плате- tx = 0.025м, ty = 0.017м,

- давление окружающей среды и давление внутри блока - Н1 = Н2 = 0.1 МПа,

- мощность выделяющаяся в блоке - Qб = 1,784 Вт.

Определяют удельную мощность корпуса блока - qк -

qк = Qб / Sк = 44.54 Вт/м²,

Определяют перегрев корпуса блока - Qк -

Qк = Qко * Ккп * Кн1,

где Qко - перегрев корпуса герметичного блока при давлении окружающей среды 0.1 Мпа

Qко = 0.1472 * qк - 0.2962 * 10^-3 * qк² + 0.3127 * 10^-6 * qк³,

Ккп -коэффициент учитывающий перфорацию корпуса блока, при Ккп = 1,

Кн1 - коэффициент учитывающий давление окружающей cреды, при H1 = 1 МПа, Кн1 = 1.2,

Получим - Qк = 5.28 К.

Определяют удельную мощность нагретой зоны блока - qз -

Qб

q_з = = 0.066 Вт/ м²

2*(Lкх*Lку+(1/Lкх+1/Lку)*lк*lу*lz)

Определяют среднеобъемный перегрев нагретой зоны блока - Qз -

Qз = Qк + ( Qзо - Qко ) * Ккп * Кн2,

где Qзо - среднеобъемный перегрев нагретой зоны блока в герметичном корпусе при давлении воздуха внутри блока 0.1 Мпа,

Qзо = 0.139 * qз - 0.1223 * 10^-3 * qз² + 0.0698 * 10^-6 * qз³,

Кн2 - коэффициент учитывающий давление воздуха внутри блока, при Н2 = 0.1 МПа, Кн2 = 1.

Получим - Qз = 2.97 К.

Определяют среднеобемный перегрев воздуха внутри блока - Qв -

Qв = ( Qз + Qк ) / 2 = 4.12 К.

Определяют тепловую проводимость от микросхемы к корпусу блока через воздух внутри блока - бк -

где Ка - коэффициент, учитывающий теплоотдачу от корпуса микросхемы, Вт/м²*К,

Ка = 23.54 / ( 4.317 + lg ( Sэi ) ),

Получим тепловую проводимость для микросхем, Вт*м²-

бк1 =0.01941 бк2 =0.01941 бк3 =0.01941 бк4 =0.00946 бк5 =0.00946

бк6 =0.00937 бк7 =0.00946 бк8 =0.00946 бк9 =0.00903 бк10 =0.00903

бк11=0.00937 бк12=0.00946 бк13=0.00903 бк14 =0.00903 бк15=0.00903

бк16=0.00903 бк17=0.00903 бк18=0.00903 бк19=0.01230 бк20= 0.01019

бк20=0.01019 бк20=0.01019 бк20=0.01019

Определяют параметр - m -

Определяют эквивалентный радиус микросхемы - Ri -

R= Sэ/п

Для каждой микросхемы получим, м -

R1 = 0.01189 R2 = 0.01189 R3 = 0.01189 R4 = 0.00716 R5 = 0.00716

R6 = 0.00725 R7 = 0.00716 R8 = 0.00716 R9 = 0.00682 R10 = 0.00682

R11 = 0.00725 R12 = 0.00716 R13 = 0.00682 R14 = 0.00682 R15 = 0.00682

R16 = 0.00682 R17 = 0.00682 R18 = 0.00682 R19 = 0.01070 R20 = 0.00772

R21 = 0.00772 R22 = 0.00772 R23 = 0.00772

Определяют собственный перегрев корпуса микросхемы - Qэс -

Qэс = К * Qэ / ( a + 1 / ( c + 1 / ( b + d ) ) ) ,

где K - эмпирический коэффициент. Рекомендуется принимать

К = 1.14 для микросхем, центр которых отстоит от торцов печатной платы на расстоянии меньше 3R, К = 1 для микросхем, центр которых отстоит от торцов на расстоянии больше 3R.

a, b, c, d - обозначения, принятые для упрощенной записи формулы - ________

a = ( ( Ка - 4 ) * Ö Н2 / 105 + 4 ) * ( Sэ - Sэо ) ,

________

b = ( 4.5 * Ö Н2 / 105 + 4 ) * p * R*R,

с = dз / ( lз * p * R * R ),

d = 2* p * R * l1 * dп * m * ( К1 (m*R) / К0 (m*R) ),

где К0 (m*R) и К1 (m*R) - модифицированные функции Бесселя второго рода нулевого и первого порядка.

Проведя расчеты, получим для каждой микросхемы - Qэс , К -

Qэс1 = 0.19272 Qэс2 = 0.19272 Qэс3 = 0.19272 Qэс4 = 12.81684 Qэс5 =12.81684

Qэс6 = 12.84973 Qэс7 = 12.81684 Qэс8 = 12.81684 Qэс9 =1.64644 Qэс10 =1.64644

Qэс11 = 4.11850 Qэс12 = 4.10796 Qэс13 =2.85961 Qэс14 =2.85961 Qэс15 =2.85961

Qэс16 = 38.12818 Qэс17 = 38.12818 Qэс18 = 38.12818 Qэс19 = 6.85716 Qэс20 = 9.40903

Qэс21 = 9.40903 Qэс22 = 9.40903 Qэс23 = 9.40903

Определяют предельный радиус взаимного теплового влияния- Rпр-