 |
 |
 |
 |
пус прибора - радиатор) разность температур корпуса прибора и радиатора; tc - температура окружающей среды.
С учетом Atnep-kPnRnep-Jn И Д1к-р=РпНк-р/п выражсние (7.5) примет вид
Atp-c = t„ep - tc - Рп (Rnep-K + Кн-р)/". (7-6)
где п - число параллельно соединенных полупроводниковых приборов; Rnep-k - тепловое сопротивление между р-п переходом и корпусом прибора; Rk-p - тепловое сопротивление между корпусом прибора и радиатором.
Подставляя выражение (7.6) в уравнение (7.1) и решая его относительно площади Роси, получаем:
FocH - Cw Р„/Кн1 Kl [Up - tc - Рл (Риер-к + Рк-р)/п]. (7.7)
Из выражения (7.7) следует, что при замене одного полупроводникового прибора группой параллельно соединенных (увеличение числа п при прочих равных условиях) площадь основания теплоотвода уменьшается.
С другой стороны, с увеличением числа приборов, устанавливаемых на теплоотвод, возрастает занимаемая ими площадь:
FocH = nFycT, (7.8)
где FycT - площадь, необходимая для установки одного прибора на теплоотвод, которая определяется по стандарту или по техническим условиям на эти приборы. Следовательно, существует некоторое значение п, при котором площадь основания теплоотвода будет минимальной.
Решая совместно уравнения (7.7) и (7.8), получаем выражения, позволяющие определить минимальную площадь основания теплоотвода при установке на него п параллельно соединенных полупроводниковых приборов при одном и том же суммарном токе:
Fiip.h -
tnep - to
tnep - tc
(Кпер-к+Рк-р)
FycT (Pnep-к~ЬРк-p)
(7.9)
Так как при расчете не учитывался теплообмен с боковой поверхности прибора и то, что тепловыделение группы приборов несколько меньше тепловыделения одного прибора при одном и , том же суммарном токе, то значение площади основания тепло- отвода, определяемое по уравнению (7.9), будет несколько боль- ше требуемого при заданной температуре. !
Сравнительную оценку размеров теплоотвода при установке на него одного или оптимального числа приборов проведем на * конкретных примерах с использованием удельной объемной характеристики Kv, определяемой по выражению:
Kv = V„/Pn = FoeHH/Pn, (7.10)
где Vto - объем теплоотвода; И - его высота. 138
Пример 1. Исходные данные: Рп=10 Вт; W= 2 м/с; Н=15-10-3; Н1 = = 12-10-3 м; L = 50-10- м; tnep=80°C; to=30°C; Rnep-k= 1,5 град, С/Вт; Rk-p=0,7 град. С/Вт; Fyoi = 3-10-
Требуется определить минимальную площадь основания одностороннего ребристого теплоотвода при установке на него параллельно соединенных диодов типа 2Д213А.
1. Определим коэффициенты Cw, Khi и Kl по формулам (7.2), (7.3) и (7.4):
С = 4,65-10-3-2-°* = 3.52.10- град-С м=/Вт; К„, = 0,25 + 0,037-12 = 0,69;
Kl= 5,26-50-°-38= 1.19.
2. Рассчитаем площадь основания теплоотвода Fooh по формуле (7.9):
3,52-10
Роев = 8о:гзо [ 0,69-1,19 + 3- + J =
3. Определим ширину теплоотвода В:
В =Foca/L = 9,89-10-/50.10-3 = 1,98 см.
4. Найдем оптимальное число диодов п из формулы (7.8):
n = 9,89-10-V3-10i = 3.
5. Определим объемную характеристику Ку по выражению (7.10): Ку = 9,89.1,5/10 = 1,48 смз/Вт.
Пример 2. При тех же исходных данных по формуле (7.7) определим площадь основания теплоотвода Fooh и характеристику Ку при установке на него только одного диода:
3,52.10--10
foch = -"" -= 15,3-10-* м2 = 15,3 см2;
0,69-1,19 Kv= 15,3-1,5/10 = 2,29 смЗ/Вт.
80 -30 --у-(1,5 + 0,7)
Таким образом при используемых исходных данных объемная характеристика теплоотвода с тремя диодами в полтора раза лучше объемной характеристики теплоотвода в случае установки на него одного диода. С увеличением рассеиваемой мощности Р объемная характеристика теплоотвода с оптимальным числом диодов также улучшается. Так, при Р = 12 Вт объемная характеристика такого теплоотвода будет в 1,84 раза лучше объемной характеристики теплоотвода с одним диодом.
Наряду со способами воздушного и жидкостного охлаждения для отвода тепла от различной радиоэлектронной аппаратуры, в том числе и ВПН, может оказаться полезным использование так называемых тепловых труб, работающих по принципу замкнутого испарительно-конденсационного цикла [121]. Тепловые трубы способны передавать большие тепловые потоки на значительные расстояния с малыми перепадами температур. С помощью теп-
Я31 ЯУ1
ajsn
DC2 lUBV
Рис. 7.4. Расположение ячеек и шин питания в шкафу РЭА:
7 -ячейки питания ЯП1, ЯП2 и ячейки управления, защиты, контроля ЯУ1, Я31, ЯК1; 2 - ячейки функциональные; 3 - ячейки питания ЯП1
ловых труб МОЖНО отводить тепло из труднодоступных зон аппаратуры, собирать тепло от многих источников энергии, расположенных в различных зонах внутри аппаратуры, к единому стоку тепла. Кроме того, применение тепловых труб может обеспечить тепловой режим элементов, требующих гальванической развязки между источниками и стоками тепла.
Объединение ВПН конструктивно в СВЭП
На рис. 7.4 [119] предложено расположение ячеек функциональных (потребителей электроэнергии), ячеек питания (типа ЯП1) и дополнительных ячеек, обеспечивающих ячейки ЯП1 вспомогательным питанием (ячейка ЯП2), управлением (ЯУ1)г защитой (Я31) и контролем (ЯК1), формирующих внутри шкафа стационарной РЭА некоторую часть СВЭП. Ячейки функциональные и ячейки питания конструктивно размещаются внутри некоторых кассет - соответственно блоков функциональных: (БФ) и блоков питания (БП). Задние части шкафа ячейки питания объединяются шинами блока питания (ШБП), ячейки функциональные - шинами функционального блока (ШБФ). ШБП и ШБФ соединяются друг с другом шинами шкафа (ШШ). На рис. 7.5 приведена конструкция блока питания с ячейками типа ЯПЬ Показаны разъемы XI, Х2, ХЗ и ШШ, ШБП с установленной на 140
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 [ 45 ] 46 47 48 49 50 51 52 53