Методика использования программного комплекса анализа теплового режима радиоэлектронного средства « Тепло»

 

Специалисты в области создания новых радиоэлектронных ап­паратов знают, что расчеты теплового и влажностного ре­жимов аппаратов столь же необходимы, как и расчеты, связанные с их функциональным назначением. Программный комплекс позволяет проводить анализ и определять тепловой режим ЭС на разных конструктивных уровнях.

Интуитивные методы проектирования ЭС и, в частности, реа­лизация нормального теплового режима складывались годами. Та­кой подход в настоящее время оказывается не в состоянии обес­печить выбор в исключительно сжатые сроки безошибочных, близ­ких к оптимальным решений. Одной из важных задач, является интенсификация процесса соз­дания новой техники на основе применения автоматизированных аналитических инструментов анализа. В этой работе рассматривается система средств помощи в процессе анализа теплового режиме. В ней используются различные алгоритмы, основанные на методах расчета физических процессов тепло- и массообмена в ЭС.

Программа позволяет рассчитать температуры корпуса блока ЭС, нагретой зоны и корпуса отдельного компонента расположенного внутри блока.

В качестве языка программирования при разработке проекта был выбран универсальный язык программирования Си++. Этот язык относится к высокоуровневым, транслируемым, объектно-ориентированным языкам. На нём в большинстве или полностью написаны крупнейшие нынешние коммерческие программы. Комплекс был разработан в системе BORLAND C++ Builder 6.

В программе использован диалоговый интерфейс. Достоинствами диалогового интерфейса является:

- возможность иллюстрации каждого шага;

- простота модификации.

 

В системе использовано дерево для структурного отображения вводимой информации.

 

На каждом шаге вводимая информация отображается на дереве и на активной динамической иллюстрации.

 

 

Теоретическая часть

 

Модуль ЭС второго уровня и выше, например блок, представ­ляет собой сложную систему тел с множеством внутренних источ­ников теплоты. Точное аналитическое описание температурных полей внутри блока невозможно из-за громоздкости задачи и неточ­ности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ. Поэтому при рас­чете теплового режима блоков ЭС используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур нагретой зоны и среды вблизи поверхности ЭРЭ, необ­ходимых для оценки надежности. Рекомендуется проводить рас­чет для наиболее критичного элемента, т, е. элемента, допустимая положительная температура которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства и образую­щих нагретую зону.

Конструкция ЭС заменяется ее физической тепловой моделью, в которой нагретая зона представ­ляется в виде параллелепипеда, имеющего среднеповерхностную температуру t_н.з.и рассеиваемую тепловую мощность Р_н.з.   

 

Рис. 1. Тепловые модели блоков РЭС в виде параллелепипедов

оризонталь­но (а) и вертикально (б) ориентированными шасси и в виде цилиндра (в)

 

 

На рис. 1. представлены тепловые модели блоков ЭС. За размеры нагретой зоны принимаются размеры шасси l₁ и l ₂ и высота l ₃.

Большая часть ЭС имеет блоки разъемной, кассетной или книжной конструкции с плотной компоновкой. В зависимости от ориентации модулей и величины воздушных зазоров между ними различают три группы конструкций по характеру теп­лообмена в них. Отличительные особенности этих групп при­ведены в табл. 1. Выбор той или иной группы осуществляется эмпирически исходя из опыта разработок и здравого смысла. Наи­более общим случаем является вторая группа конструкций.

Таблица 1. Классификация конструкций в зависимости от характера теплообмена

 

Группа конст­рукции	Виды теплообмена между модулями 1-го уровня	Виды теплообмена между нагретой зоной и корпусом
I	Излучение, теплопроводность	Конвекция, излучение, теплопровод­ность
II	Конвекция, излучение, теплопро­водность	Излучение, конвекция, теплопровод­ность
III	Излучение, теплопроводность	Излучение, теплопроводность

 

 

Тепловая модель блока ЭС плотной компоновки приведена на рис. 2.

 

Рис. 2. Тепловая модель блока ЭС плотной компоновки:    

1 — корпус; 2 — нагретая зона; 3 — модуль 1-го уровня; 4 — радиоэлемент (микросборка, микросхема, ЭРЭ)

 

Расчет теплового режима блока можно условно разделить на три этапа:

1) определение температуры корпуса t_К

2) определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны t_H,3

3) определение температуры поверхности радиоэлемента (микросхемы, ЭРЭ).

 

 

1. Расчет температуры корпуса t _К

Перегрев корпуса в первом приближении

Вычисляется по графику на рис 1.3.

Рис. 3. Зависимость перегрева корпуса от удельной поверхностной мощности

1) Удельная поверхностная мощность корпуса q _к

Рассчитывается по формуле:

_,                                                                                                                                                                             (1)

где:

P₀ – мощность, рассеиваемая блоком в качестве теплоты

S_К – площадь внешней поверхности корпуса блока, которая рассчитывается по формуле:

 

                                                                                             (2)

где:

L₁ - ширина корпуса блока

L₂ - глубина корпуса блока

L₃ - высота корпуса блока