автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Улучшение эксплуатационных характеристик устройств управления радиоэлектронной аппаратуры за счет обеспечения их теплового режима

РГ6 од

л о г./ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Парашкевов Иван Христов

УДК 621.396.6

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ ЗА СЧЕТ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Одесса - 1994

Работа выполнена на кафедре "Конструирование и производст радиоаппаратуры" в Одесском Государственном политехническом университете.

Научный руководитель:

доктор- технических наук,

профессор СПОКОЙНЫЙ Ю. Е.

Официальные оппоненты:

академик АНТ Украины, доктор технических наук,

профессор КОНОПЛЕВ И. Д.

кандидат технических наук

доцент "ПРЕПЕШЦА Г. П.

Ведущее предприятие

СКБ "Молния" г. Одесса -

Защита состоится " 1994 г. в $ час. 00 мин. ауд. 115у на заседании специализированного совета К.088.19.04 присуждению ученых степеней кандидата технических наук в Одес Государственном политехническом университете.

Адрес: 270044, г. Одесса, пр. Шевченко, 1, ОШУ. С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университет

Автореферат разослан

" /9 " О^Р&Ш 1994 г.

Отзыв, заверенный печатью, в 1-м экземпляре просим налрав: в наш адрес.

Ученый секретарь специализированного совета канд.техн.наук. ст.науч„сотр.

В.И. КАШНОС

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность» Достижения электроники раскрывают большие перспективы дальнейшего улучшения качественных показателей разрабатываемой радиоэлектронной аппаратуры /РЭА/. В то же время непрерывное ее усложнение неразрывно связано с ростом количества используемых элементов, дальнейшим увеличением плотности монтажа и миниатюризации элементной базы. Это обуславливает рост удельной тепловой нагрузки на элементы и соответственно ухудшение надежности самих элементов. В свои очередь-рост удельной тепловой нагрузки и задача обеспечения больших выходных мощностей РЭА связаны с проблемой отвода тепла - неизбежного побочного продукта работы ее элементов.

Обеспечение заданных тепловых режимов изделии используемых в различных средствах управления является одной из важнейших проблем конструирования устройств автоматического управления различного назначения. Повышение температуры изделии электронной техники /ИЗТ/ значительно снижает надежность их работы. Так например известно, что если уменьшить рабочую температуру полупроводникового прибора всего на 20%, то интенсивность отказов снизится в три раза.

По мере усложнения аппаратуры, увеличения количества применяемых в ней элементов и степени интеграция их, вопросы отвода тепла, а также разработка методов расчета тепловых режимов приобретают особую актуальность.

Отсуствие объективных данных о тепловых режимах часто приводит к необоснованно высоким запасам по току, напряжению, мощности входящих в аппаратуры элементов, что влечет за собой увеличение массы и габаритов радиоэлектронных блоков /РЭБ/. Устранение даже незначительных субъективных ошибок в схеме, конструкции, общей компановке, следствием которых могут быть недопустимые локальные перегревы и температурные влияния, требуют больших допольнительных непроизводственных затрат на преработку всей конструкции.

Исследования в этой области показывают, что одним из возможных путей решения этой проблемы является разработка и внедрение прогрессивных методов теплового конструирования РЭБ на основе моделирования и принятия необходимых проектных решении.

Особенно актуальна эта проблема для радиоэлектронных блоков управления /РЭБУ/ в связи с тем, что этот класс аппаратуры характеризуется нерегулярной структурой. В них расположены наряду с печатными платами с установленными на них элементами, мощные полупроводниковые приборы /МПП/ с радиаторами. Параметры таких блоков

в значительной степени определяются их тепловым режимом. Поэтом одним из важнейших этапов проектирования РЭБ управления являете, их тепловое конструирование. Его цель - поиск оптимальной коша новки системы МПП - радиатор, платы с расположенными на них ИЭТ силовой трансформатор, расположение других пассивных с точки зрения тепловых режимов элементов /ПСЭРЭ/, выбор геометрических и тепловых характеристик блоков, обеспечивающих заданный темпер турный режим РЭБУ.

Известны различные методы расчета и обеспечения теплового р жима РЭА., в том числе аппаратуры систем управления. Они, как пр; вило, относятся к конструкциям с регулярным расположением аки® ных элементов и равномерным распределением мощностей рассеивали В этой связи использование таких методик для расчета теплового ] жима РЭБУ связано с большими трудностями. Серьезным затруднение] при проектировании РЭБУ является и то, что отсуствуют рекомендации по целенаправленному синтезу их конструкций с условием обеспечения заданного теплового режима. Это приводит к вынужденной разработке РЭБУ методом проб и ошибок, что связано со значительными затратами времени и средств.

Поскольку тепловые процессы в РЭБ управления являются сложнз ми и иногофакторными, поиск необходимых решении связан с перебором множества вариантов определяющих факторов. Для снижения тру, емкости подобных задач, необходимо создать методику расчета их 1 лового режима и реализовать ее в виде комплекса програмных сред для работы на ПЭВМ. Эта методика должна быть проверена эксперим> тально и установлена ее погрешность. Экспериментальная проверка связана с необходимостью проведения тепловых испытаний РЭБУ.

В настоящее время отсуствуют камеры для проведения тепловых испытаний РЭБУ, имеющих высокую точность задания и поддержания температуры воздуха. В связи с этим при создании экспериментального стенда для решения поставленной задачи необходимо разработать терморегулятор с термокамерой, которые эту точность обеспечивают.

Все сказанное подтверждает актуальность вопросов рассматрив в настоящей работе.

Цель работы - улучшение эксплуатационных характеристик РЭБ равления, содержащих кроме плат с смонтированными ИЭТ, также МП радиаторах, силовые трансформаторы и ПСЭРЭ, за счет создания не ходимого температурного режима их работы и разработка средств д экспериментальной проверки теплового режима.

Основные задачи работы.

1. Разработать тепловые и математические модели блоков управления РЭА на базе которых разработать "точный" и "инженерный" метод расчета теплового режима РЭБУ при естественном воздушном охлаждении в герметичных и перфорированных кожухах.

2. Разработать методику измерения тепловых режимов РЭБУ.

3. Разработать экспериментальное оборудование с необходимыми устройствами дом проведении исследований теплового режима РЭБУ.

4. Определить погрешность предлагаемых методик расчета.

5. Разработать рекомендации по конструированию РЭБ управления, обеспечивающие заданный тепловой режим входящих в них элементов.

Методы исследований. В работе использованы аналитические методы решения краевых задач математической физики, элементы статистического анализа и экспериментальные методы исследования.

Научная новизна. _

1. Предложена классификация РЭБ управления с точки зрения их теплового режима. Классификация охватывает существующие и перспективные конструкций.

2. Разработаны тепловые и математические модели РЭБ управления с нерегулярной структурой с естественным воздушным охлаждением в герметичных и перфорированных' кожухах, позволяющие проводить анализ конструкций РЭБУ с точки зрения заданных температурных условий их работы.

3. Выделены определяющие с точки зрения обеспечения теплового режима параметры в РЭБ управления и установлено их влияние на тепловой режим типичных конструкций РЭБУ в соответствии с разработанной классификацией, что позволяет осуществлять целенаправленное конструирование подобных блоков с заданными температурными условиями работы.

Практическая ценность.

1. Разработана "точная" и "инженерная" методика расчета тепловых режимов РЭБ управления с нерегулярной структурой. При создании "точной" методики использован метод тепловых схем, а при разработке "инженерной" - коэффициентный метод. Определены погрешности этих методик.

2. Разработана методика для измерении тепловых режимов РЭБУ.

3. Предложены варианты принципиальных схем многоточечных термометров на базе которых разработан "10 точечный термометр для измерения тепловых режимов РЭБУ".

4. Разработано экспериментальное оборудование с необходимыми

устройствами для исследования тепловых режимов РЭБУ.

5. Сформулированы рекомендации по выбору рациональных значении 'конструктивных параметров и способов организации охлаждения РЭБ управления.

Для удобства пользования разработанная методика и рекомендад реализованы в виде комплекса програмных средств ориентированных разработчика без специальной квалификации в области тепловых ре? мов„ Пользователь работает в интерактивном режиме на персональн< компьютере.

Реализация: результатов работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены в виде методик, комплексных программ, измерительных устройств и использованы щи проектировании ряда устройств в фирме "Екологическа електроника' г. Плевен Р.Болгария.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы дот ладывались и обсуждались:

1. На Научно - технической конференции болгарских научных р< ботников на Украине - г. Киев 1985 г.

2. На семинаре НИЛ АЛО РЭА и конференции профессорско - пре] давательского состава ОПИ / Одесса, 1985 г. и 1987 г. /.

3. На"Научно - технических конференциях поделения 22810 г. ( фия 1988 г. и 1991 г.

Публикации. По результатам выполненных исследовании опублик< вано 17 печатных работ.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 147 наименований и прилоз ний. Работа общим объемом 328 стр. содержит 133 стр. основного текста, 112 рисунков, 78 таблиц, 16 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформ; лированы цель и задачи исследовании, изложены основные научные ; практические результаты работы, выносимые на защиту.

В первой главе обоснована важность обеспечения заданных тепловых режимов для любой РЭА, а также для РЭБ управления. Показа связь между увеличением температуры корпуса отдельного ИЭТ и ск жением надежности всей аппаратуры. Сформулирована основная зада" теплового расчета РЭБУ - обеспечение теплового режима и следова тельно и высокой надежности ИЭТ на всех стадиях проектирования. Рассмотрено также современное состояние исследований по анализу

теплового режима применяемому на различных стадиях конструирования блоков РЭА.

Проведен анализ конструкции существующих РЭБУ различного назначения. Такие РЭБУ применяются для управления нагревателями в технологических процессах производства, управления различного рода электронными и электромеханическими устройствами, управления двигателями и др. В этих блоках размещены разное количество вертикально ориентированных печатных плат с смонтированными на них КЭТ, разное число мощных полупроводниковых приборов на радиаторах, силовые трансформаторы, разное количество пассивных с точки зрения тепловых режимов элементов.

На основе проведенного анализа, структура обобщенного блока управления с естественным воздушным охлаждением представлена в виде многосостовного, неоднородного, анизатропного тела с нерегулярной структурой, содержащее совокупность нагретых зон, которые находятся в тепловом взаимодействии медпу собой и окружающей средой / рис. 1- /.

Рассмотрены также получившие развитие в настоящее время тепловые модели РЭА и методики их теплового расчета. Там же показано, что применительно к РЭБУ, структура которых представлена на рис. 1 они не позволяют адекватно описать тепловой режим таких блоков. Рассмотренные методики предназначены в основном "для расчета теплового режима РЭБ, содержащих большое количество одинаковых в конструктивном отношении элементов / детали, модули, платы с смонтированными на них ИЭТ / повтаряющимкея во всех измерениях.

В тоже время в практике создания блоков управления различной РЭА часто имеет место сочетание разнородных элементов / монтажные платы с электронными компонентоми, МПП на радиаторах, силовые трансформаторы, другие ПСЭРЭ /. По таким блокам методики расчета теплового режима практически отсумвуют.

Также рассмотрены экспериментальные средства для оценки теплового режима устройств РЭА. Используемые в большинстве случаев

Д.

'// ✓ / //етн^ -в1

/ } ) // и

и

г

Рис. 1.

термоэлектрические преобразователи неудобны в работе, так как для точных измерении необходима жесткая термостабилизация их хс лодного спая, а также из за сложностей возникающих в связи с за реплением термопреобразователей на ЭРЭ и их коммутацией со вторичными измерительными приборами. Отмечало, что четко сформулщ: ванной методики для проведения тепловых испытаний нет.

Сформулированы цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена разработке "точной" и "инженерной" и тодике расчета тепловых режимов РЭБУ с естественной вентиляцией в герметичном и перфорированном кожухе. Осуществлен анализ коне рукций РЭБУ с точки зрения их теплового режима. Выделены ряд ха рактерных особенностей относящихся к РЭБУ с естественным воздуи ным охлаждением» На основе этого анализа разработана классифика ция рассматриваемых конструкций РЭБУ с точки зрения их тепловог режима. Эта классификация: предусматривает разделение конструкци на две большие группы - в герметичном корпусе и в перфорировав ном корпусе. В каждой из этих групп блоки классифицируются по наличию в них различных теплонагруженных элементов.

В конструкциях РЭБ управления выделены N изотермических областей, соответствующих по числу тепловыделяющих плат, радиаторов с МПП, силовых трансформаторов, других ЭРЭ, воздуха в бло а также корпуса и среды. Тепловая энергия Р нагретых зон рассеивается тремя путями: конвективным путем передается воздух в аппарате и от воздуху к корпусу аппарата. Излучением тепло пе редается корпусу блока. Если РЭБУ с перфорированным кожухом -конвекцией часть тепла уходит в окружающую среду через перфорации в корпусе-прибора. С корпуса блока, тепло передается окружа ющей среде путем конвекции и излучения.

Разработанная тепловая модель исследуемых РЭБУ представлена совокупностью нагретых зон, которые обмениваются мевду собой конвективно - лучистым тепловым потоком через соответствующие тепловые проводимости. Для расчета их температур в работе предложена тепловая схема / рис. 2 / и использован принцип суперпоз ции температурных полей.

Она содержит N + 3 узловых точек; точки 1,2,..., N соотве ствуют пластинам /радиаторам с МПП, платам с ИЭТ, силового тран форматора, другие ЭРЭ/; N +■ 1 - воздуху внутри аппарата, N + корпусу и А/ + 3 - среде, окружающей РЭБУ. Узловым точкам / /V и / N + 2 / предписаны индексы "в" и "к", а среда обозначена с волом "земля". Температуры узловых точек соответствуют среднепо

р„ и

1

р„.(Т

С?«-,),а

О

о

рч

и

о

и

и»,г

ГГ*

(и,8 -с=э-

(к.

г,в

и и, Сы.ч -СП-

и ¿А.

<и

им

К

"1А -

- У -

вврхностным температурам пластин, ЗРЭ и корпуса, а также среднеобъемной температуре воздуха в аппарате.

Применяя закон сохранпшя энергии к отдельным процессам теплообмена РЭБУ составим систему уравнении, решая которую найдем необходимые температуры, отвечающие принятой тепловой схеме.

Рис. 2

для РЭБУ в герметичном кожухе для РЭБУ в перфорированном кожухе

и -+ (кМг ¿к)*<Чвп(Ч -ч»)

8П

-¿с)

Здесь и далее И тепловвые проводимости между соответствующими изотермическими поверхностями. Например (кс - тепловая проводимость между кожухом и средой.

Используя расчетные соотношения для скорости воздуха в перфорированном блоке получено выражение для расчета температуры воз-

(О

духа на выходе из нагретой зоны РЭБУ

{ - f + --— -/3 )

Ьвых сСр5„ерф ---\| apq/U^Ux f )1 '

Значение температуры -{--.,„ находится методом последовательных

ЫхА

приближении.

Согласно принципу суперпозиций температурных полей в работе использовано выражение для определения температуры корпуса элемента смонтированного на печатной платы

~ я

- 17= Т + 0«; \LBii,. (4)

Т à à. ¿à û v 7

где ^ - среднеобъемная.. температура воздуха в блоке, определяв мая из решения уравнении У 1 / или / 2 /.

Выражение для собственного перегрева элемента представлено в виде р.

--Ч-— • (5)

Наведенные перегревы от других элементов Ум определяются по формуле

л... а- К.(ё-^д) /сч

Для расчета теплового режима МПП расположенного на радиаторе использовано уравнение дон теплового сопротивления радиатора

n , 0 n tnp.don - toc _ n

ппр.к+ пк.р + К^-ос = р Кпр.ос . (7)

На основании решения систем уравнений / 1 / и / 2 /, а также соотношений / 3 /.../ 7 / разработан алгоритм и "точная" методика расчета теплового режима РЭБУ и предложена программа, реализу гадая этот алгоритм для ПЭШ.

Для оперативной оценки теплового режима РЭБУ, а также для оценки влияния определяющих параметров конструкций на тепловой режим РЭБУ разработана упрощенная математическая модель РЭБУ,ко1: рую возможно представить наиболее простым способом с использованием небольшого числа основных параметров. Эта модель основана на так называемом коэффициентным методе расчета в котором опред< ляется тепловой режим РЭБ управления в зависимости от изменения каждого из основных параметров.

..¡птеглятическая модель имеет вид

0 = 8noj(xiiZ¿iZ¿l...,Xn), (8)

Для определении входящих в / 8 / параметров ,„..,Хп все эти параметры поочередно фиксируются и изучается влияние на тепловоз режим только одного из них,

В соответствии с представленной моделью, разработана "инженерная" методика расчета теплового режима РЭБУ в которой, связь между температурой перегрева кожуха, нагретой зоны и определяющими. их параметрами монет быть представлена в виде произведения

В = QnoÚKi, (¿-1,г,...,п),

где

K¿ = 9с/8 по , Ciño

Зависимость коэффициентов Ki от соответствующих параметров в диссертации получены экспериментально и изображены в виде графиков для получение которых было найдено отношение 0¿/9w при различных значений выбранного X¿ и базовых /фиксированных/ значений всех остальных параметров.

Результаты обработки полученных данных на основе коэффициентного метода позволили предложить в диссертации графоаналитический метод для определении средних поверхностных температур корпуса и нагретой зоны РЭБУ соответственно в герметичном или перфорированном корпусе пригодном для ручного счета.

Определенные по / 9 / перегревы нагретой зоны и кожуха РЭБУ позволяют рассчитать температуры перегревов воздуха в блоке и корпусов ЭРЭ, МПП, используя известные зависимости.

В третьей главе разработан стенд для экспериментального исследования тепловых режимов РЭБУ в герметичных и перфорированных кожухах.

Стенд состоит из: 1. оригинального специально разработанного терморегулятора с термокамерой в которой задается температура воздуха от 30 до 99°С с точностью не хуже £о,1°С; 2. оригинального специально разработанного 10 точечного термометра с термодатчиками в виде транзисторов в пластмассовом корпусе; блок питания совмещающий в себе четыре одинаковых по параметрам стабилизированных выпрямителя. Дополнительно предложены тепловые имитаторы печатных плат и радиаторов, а также устройство для подбора транзисторных термодатчиков.

Сгге;щ позволяет экспериментально получить зависимость перегревов элементов и корпуса РЭНУ от: габаритных размеров блока, коэффициента заполнения блока, мощности рассеивания, степени че] ноты поверхности, температуры окружающей среды и площади перфор? циошгых отверстий в блоке.

Для решения этой задачи стенд обеспечивает: контролируемое электрическое питание с целью поддержания трс буемон мощности рассеяния в имитаторах всех компонентов РЭБУ;

возможность задания различной температуры окружающей среды РЭБУ и поддержания ее с необходимой точностью при непрерывном ее контроле;

возможность подключения набора термодатчиков в виде корпуеш транзисторов, их поочередного переключения с целью измерения теп пературы корпусов ЭРЭ, ЩЩ, воздушных прослоек, радиаторов, а тг же корпуса исследованного РЭБУ;

возможность подключения имитаторов печатных плат с смонтиро! ными на них ЭРЭ и имитаторов МШ1 с радиаторами;

возможность менять взаимное расположение печатных плат, рада торов, силового трансформатора.

Разработана также методика для измерении тепловых режимов Р< Сделан вывод о том, что контроль теплового режима необходимо прс водить в два этапа. Первый этап /предварительный/ - измерение те ператур на рабочем месте конструктора РЭБУ„ Второй этап - тепло! испытания блока в термокамере при максимально заданной температз окружающей среды. Предложены приемы установки и крепления термов ствительных транзисторов.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований, графики показывающие влияние различных конструктш ных и эксплуатационных параметров РЭБУ на тепловой режим этих 6: ков. Осуществлен сравнительный анализ погрешности разработанных "точных" и "инженерных" методик расчета теплового режима РЭБУ щ их сравнения с экспериментальными данными. На базе проведенных г следований разработаны рекомендации по целенаправленному синтезу конструкций РЭБУ с заданными температурными условиями, необходимыми для достижения требуемой надежности.

В качестве объекта исследования использованы реальные конст| ции РЭБУ и их макеты, разработанные исходя из положения о максимальном соответствии между макетом и реальной конструкцией и 0x1 тывающие все группы предложенной классификации конструкций РЭБУ, Расчетные исследования указанных образцов проведены с помощью рг

эаботанной программы реализующей "точные" методики и с помощью федложенных графоаналитических методов реализующие "инженерные" гетодики расчета тепловых режимов блоков РЭБУ в герметичных и пер-[юрированных кожухах. Экспериментальные исследования проделаны на разработанном стенде.

На рис. 3 представлены сравнительные характеристики расчетных I экспериментальных значении температуры корпусов различных эле-

ментов в РЭБУ.

R<D*. —-

0 <0 to м Реилтр— <0 м 8т

с J ю в --- а а Вт

с S <0 15 fW - го ?5

0 0,1 — - 0,3 Ы

Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что расхождение между ними для всех рассмотренных конструкции РЭБУ состовлл-ет величину порядка 10...20% для "точных" методик и не более 30% дал "инженерных, что вполне приемлемо для инженерной практики. Сделан вывод о том, что разработанные методики могут быть использованы при проведении анализа теплового режима конструкций РЭБУ.

о -"точная" мегеЗииа; д - "иижешрнйА" нетеЗикй; ® - »нсперимен

Рис. 3.

На базе проведенных исследовании сформулированы рекомендации по конструированию РЭБУ, основными из которых являются следующие: 1.1. Внешние и внутренне поверхности кожуха РЭБУ, поверхности радиаторов следует окралщвать красками или оксидировать с высоким значением степени черноты £ - о,9. 1.2. Общая площадь перфорации кожуха блока при необходимости можно изменять в пределах до 30...35$ от общей поверхности кожуха. Дальнейшее увеличение с точки зрения уменьшения температуры воздуха в блоке нецелесообразно. 1.3. Наибольшую эффективность снижения теплового сопротивления Rtf-МПП может даты 1/ увеличение площади непосредственного контакта МПП и тешюотвода, что достигается оптимальным условием затяжки винтов; 2/ введением в контактную зону вязкого вещества с хорошей теплопроводностью, например смазок типа КИГ-8, ПМС. 1.4. Если схема

Р

и конструкция РЭБУ позволяют, то следует при необходимости изол] ровать сам радиатор от шасси изделия, а МПП - крепить к радиато; без изоляционных прокладок. Следует иметь в виду, что любая изо, ционная прокладка увеличивает тепловое сопротивление . Нал мер введение прокладки из слюды толщиной 0,025...О,05 мм увелич ет/Wp в 1,5...2 раза. 1.5. В РЭБУ следует применять покрытия i чатных плат с смонтированными ЭРЭ лаком с максимально возможным значением степени черноты до £ =0,9. Это приводит к увеличен тепловой проводимости (Гпл-лл в 1,5...2 раза. 1.6 ЭРЭ на печати плате следует приклеивать клеем имеющии теплопроводностью поряд Л = 0,5...О,96 Вт/м."С. Это приводит к увеличению тепловой ц водимости(Пол.гж в 1,2...2 раза по сравнению с установкой ЭРЭ на чатной плате с воздушным зазором. 2. Уменьшение габаритных ра меров и массы силового трансформатора можно получить за счет ув личения электромагнитных и электрических нагрузок - магнитной и дукции в сердечнике и плотности тока в обмотках. Это однако при дат к возрастанию температур сердечника и обмоток недопустимо л до некоторого предела, определяемого теплостойкостью и сроком с материалов, применяемых для изоляции"обмоточных проводов и всей мотки в целом. Плотность тока во вторичной обмотке /5г / целесо разно задать больше чем, плотность тока в первичной обмотке на 15...30%. Толщину материала каркаса Дк следует выбирать в пред 0,5...1,5 мм. Дальнейшее увеличение приводит к соответственному увеличению температуры катушки. 3» Если отношение расстояния ду платой с ЭРЭ и МШ с радиатором к высоте радиатора £/Н дл РЭБУ s герметичном кожухе больше 0,9, а для РЭБУ в перфорирован кожухе больше 0,8, то ограничения на-размещения МПП с точки зр теплового режима нет. Если для РЭБУ в герметичном кожухе С/И^ О для РЭБУ в перфорированном кожухе С/Н< 0,8, то имеет место вли МПП на температуры печатной платы и проявляется в увеличения эт температуры, причем ее рост зависит также от отношения F^nn /Ru случае установки в РЭБУ только трансформатора и.печатных плат, тепловое взаимовлияние следует учитывать при б/Й < 0,7 для РЭ1 герметичном корпусе и при 6/Н < 0,6 для РЭБУ в перфорирований« пусе.

В приложениях к диссертации содержатся текст программы для расчета теплового режима РЭБУ в герметичном и перфорированном s жухе; примеры расчетов теплового режима РЭБУ с помощью "точных" "инженерных" методиках; результаты расчетных и экспериментальнь исследований; методики для расчета тепловых проводимостей; мете

для расчета теплового режима силового трансформатора; принципиальные схемы и их подробное объяснение различных разработанных и используемых в конструкторской практике электронных термометров для измерении тепловых режимов РЭБУ; принципиальная схема терморегулятора с термокамерой экспериментального стенда; принципиальная схема 10 точечного термометра для измерении температурных режимов РЭБУ; описание конструкции макетов РЭБУ; справки отражающие внедрение результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ .РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В работе решены вопросы, относящиеся к проблеме улучшения эксплуатационных характеристик радиоэлектронных блоков систем управления путем обеспечения заданных тепловых режимов их работы.

Основные результаты работы следующие:

1. Разработана классификация конструкции РЭБУ с точки зрения их теплового режима соответствии с которой конструкции РЭБУ разделены на две группы. К первой группе относятся РЭБУ в герметичном кожухе, которые в.свою очередь разделены на 5 подгрупп в зависимости от состава теплорассеивающих компонентов, образующих нагретую зону /МПП» платы с ЭРЭ, ПСЭРЭ, силовые трансформаторы/. Ко второй группе относятся РЭБУ в перфорированном кожухе, которые дополнительно классифицированы по конфигурации перфорационных отверстии, расположенных на корпусе.

2. В соответствии с предложенной классификацией разработана тепловая модель конструкции РЭБУ с нерегулярной структурой в виде совокупности однородных пластин и составлено ее математическое описание.

3. Разработаны "точная" и "инженерная" методика анализа теплового режима РЭБУ с естественным охлаждением. "Точная" методика основана на использовании метода тепловых схем, максимальную автоматизацию состовлжшдах методику процедур и использование принципа суперпозиции» Разработан алгоритм решения для использования на ПЭВМ. Разработана программа, которая эксплуатируется на производстве. "Инженерные" методики разработаны на основе коэффициентного метода

и пригодны для ручного счета. Методики учитывают степень влияния различных конструктивных и эксплуатационных параметров. Экспериментально получены значения коэффициентов, в виде графиков, позволяющие конструктору еще на ранных стадиях проектирования оценить достигнутый тепловой режим сконструированного ими блока не прибегая к громоздким и длительным расчетам.

4о Разработана методика для экспериментальной оценки тепловы режимов РЭБУ. Предложены способы крепления термодатчиков для изм рении температур теплонагруженных ЭРЗ, радиаторов, силового тран сформатора, корпуса, воздуха в блоках. Методика в одинаковой сте пени подходит к применению на ранных стадиях конструирования РЭБ и при их тепловых испытаниях в термокамере.

5. Разработаны и экспериментально проверены варианты принцип альных схем различных электронных термометров на базе которых ра работал "10 точечный термометр для измерении тепловых режимов РЭ Предложенный термометр использован при экспериментальной оценке тепловых режимов различных РЭБУ на производстве.

60 Разработана конструкция стенда, содержащего терморегулято; с термокамерой в-которой температуру воздуха можно поддерживать I точностью -0,1°С в диапазоне от 30 до 99 0С.

7. Разработаны имитаторы печатных -плат и радиаторов с ШП, а также устройство для подбора транзисторных термодатчиков при многоточечном измерении тепловых режимов РЭЕУ.

8« Выделены определяющие с точки зрения теплового режима пар! метры и исследовано их влияние на тепловой режим типичных конструкции РЭБУ в рамках разработанной классификации. На базе провед« ных исследовании сформулированы рекомендации по целенаправленном; синтезу конструкции РЭБУ с заданными температурными условиями, н< ходимыми для разработки РЭБУ с требуемой надежностью. Для удобст: пользования, разработанные методики и рекомендации реализованы в виде комплекса програмных средств, ориентированных на разработчик без специальной квалификации в области теплового режима, работаю! го в интерактивном режиме с персональным компьютером.

9. Результаты работы использованы при проектировании РЭБУ с заданном, уровнем надежности, для управления нагревателями используемыми в технологических процессах, различного рода устройства электронного или электромеханического отображении информации, осветительными лампами и нагревателями для поддержания температуры при лечении в медицине и др.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Парашкевов.И.Х. Разработка многоточечного термометра для I мерении тепловых режимов РЭА с помощью термопар медь - константа! НТК болгарских научных работников на Украине, г. Киев, 1985»

2. Парашкевов И.Х. Исследование теплового режима радиоэлектрс

[ого блока с горизонтально ориентированной платой. НТК подел. 22810, \ София, 1988, ДСП.

3. Паражкевов И.Х. Расчет теплового режима радиоэлектронных 5локов с нерегулярной структурой в герметичном кожухе. НПС подел. ¡2810, г. София, 1991, ДСП.

4. Паражкевов И.Х. Устройство для многоточечного измерения тем-тературы.- "Радио, телевизия, электроника".- 1987.- Л 7.- С. 28-31.

5. Парашкевов И.Х. Измерение теплового режима электронной ап-гаратуры.- "Радио, телевизия, електроника".- 1989.- № 12.- С. 7-9.

6. Паражкевов И.Х. Измерение температуры в градусах Цельсия и Кельвина.- "Радио, телевизия, електроника".- 1991.- №1,2.- С. 23-24.

7. Парашкевов И.Х. Термометр с полупроводниковым датчтсом,-Тадио, телевизия, електроника".- 1991.- № 1,2.- С. 3.

8. Паражкевов И.Х. Измерение температуры радиоэлементов,- Та-що, телевизия, електроника".- 1992.-" № 5,- С. 5-7.

9. Паранкевов И.Х. Терморегулятор для испытания радиоэлектрон-шх узлов.- "Радио, телевизия, електроника",- 1992,- №12.- С. 17,18.

10. Парашкевов И„Х. Устройство для подбора транзисторных тер-годатчиков,- "Радио, телевизия, електроника".- 1993.- й 5,- С.7,8.

П. Паранкевов И.Х. Измерение теплового режима радиоэлектрон-

тевизия, електроника'1.- 1993.- )£ 7.- С. 3-5.

12. Парашкевов И.Х. Электронный■термометр в двух вариантах.-"Радио, телевизия, електроника".- 1993.- № 7.- С. 9-11.

13. Паражкевов И.Х. Термопреобразователь.- "Радио, телевизия, электроника".- 1993.- № 8.- С. 12,17.

14. Спокойный Ю.Е., Трофимов В.Е., Парашкевов И.Х. 10 точечный термометр для измерения тепловых режимов РЭА//Научно-технический сборник,- "Тепловые режимы и охлаждения РЭА".- 1993.- Вып.2, С.53-57.

15. Парашкевов И.Х., Мачев М.А. Измерение теплового режима термокамеры.- "Радио, телевизия, електроника",- 1993.- № 10.- С. 4-7.

16. Паражкевов И.Х. Многоточечный термопреобразователь.- "Радио, телевизия, електроника",- 1993,- Я 11.- С. 9-12.

.17. Мачев М.А., Парашкевов И.Х. Електронннй термометр с интегральной схемой СМ757.- "Рада- ------ ~ ктроника".- 1993.-

той аппаратуры с помощью термопар медь - константан,- 'Тадио, те-