Разработка импульсного источника питания

    13) Рассчитаем значение резистора  определяющего ток светодиодов  при условии, что ток, протекающий  через один из светодиодов  равен 5 мА:

    

    14) Рассчитаем сопротивление резистора  – датчика тока R10, исходя из условия, что светодиод оптрона загорается при напряжении и приняв ток короткого замыкания :

    

    15) Выбираем резистор цепи смещения тока базы транзистора согласно справочника [8] равным:

    

 

    В качестве резисторов схемы будем использовать резисторы типа МЛТ или ОМЛТ, как наиболее распространённые в современной военной технике. Резисторы выберем с номиналами взятыми из шкалы номинальных сопротивлений E12 с допуском ±10%.  

    3.4. Расчет системы охлаждения теплонагруженных элементов 

    Реализация  требования снижения объемов РЭА  обычно производится за счёт увеличения плотности компоновки её базовых элементов. В результате удельная мощность тепловыделения возрастает настолько, что естественное воздушное охлаждение становиться подчас малоэффективным. Повышение его эффективности достигается увеличением теплоотводящей поверхности – созданием на ней рёбер. Такой способ интенсификации теплоотвода широко используется для охлаждения отдельных теплонагруженных элементов и узлов РЭА. Следует отметить, что при оребрении поверхности, контактный способ теплоотвода играет значительную роль. Особенно широко этот способ используется в микроэлектронной аппаратуре, при отводе тепла от теплонагруженных микросхем. Наиболее эффективным средством контактного отвода тепла являются теплоотводящие радиаторы.

    Тепловые  радиаторы отличаются между собой  формой рёбер, способом осуществления теплового контакта и мощностью теплового рассеянья. Наибольшее распространение в РЭА получили радиаторы с рёбрами пластинчатой, ребристой, штырьковой, и игольчатой форм.

    Пластинчатые  радиаторы изготавливают из листовой стали или листового проката алюминиевых сплавов толщиной от 2 до 6 мм.

    Из-за сравнительно малой эффективности, такие радиаторы используются для  отвода тепла небольших мощностей.

    Ребристые радиаторы при одинаковых размерах с пластинчатыми, более эффективны. Их изготавливают из алюминиевых или магниевых сплавов, способом литья, с последующей обработкой контактных площадок до 6 – 7го класса чистоты поверхности.

    Штырьковые  радиаторы имеют более высокий  коэффициент теплообмена, чем ребристые, и изготавливаются, преимущественно, литьём под давлением.

    Игольчатые  радиаторы в несколько раз  эффективнее штырьковых, однако сложность  изготовления и сравнительно большая стоимость несколько сдерживают их применение.

    Эффективность теплообмена радиаторов находится  в прямой зависимости от количества и размера рёбер, а так же от взаимного их расположения. Наименьшая толщина ребра определяется технологическими возможностями литья, а минимальный размер между соседними плоскостями рёбер рекомендуется делать не менее 4…6 мм из-за необходимости образования на стенках ребер пограничного слоя охлаждающего воздуха наименьшей толщины. Для обеспечения теплового контакта с наименьшим термическим сопротивлением, между источником тепла и радиатором устанавливаются мягкие прокладки с высокой теплопроводностью (алюминий, свинец, олово). Если необходимо электроизолировать источник тепла от радиатора, то оксидируют контактную плоскость или используют прокладки из оксидированного алюминия.

    В целях ликвидации между рёбрами  застоя пограничного слоя охлаждающего воздуха и обеспечения его турбулентности поверхность рёбер оксидируют или на нее наносят глянцевое лакокрасочное покрытие.

    Расчет  радиаторов заключается в определении  его геометрических размеров при  заданной мощности теплового рассеянья, температуре окружающей среды и максимально допустимом нагреве корпуса охлаждаемого элемента. Однако может быть поставлена и другая задача: определить допустимый тепловой режим активного элемента, установленного на готовом радиаторе.

    Суммарную поверхность охлаждения радиатора находим из следующей формулы [2]:

    

    где  T – температура поверхности радиатора, K;

                T_c – температура окружающей среды, K;

                Q – мощность рассеянья тепла источником, Вт;

                 - коэффициент теплообмена, состоящий  из суммы коэффициентов теплообмена боковых и торцевых плоскостей рёбер и теплообмена излучением ,

    

 

    Порядок расчета теплообмена для нормального  атмосферного давления:

    Для боковых плоскостей рёбер длинной  D, установленных вертикально

    

    Для рёбер, расположенных горизонтально, вершиной вверх

    

    Для рёбер, расположенных горизонтально, вершиной вниз

    

    Для торцевых плоскостей рёбер радиатора

    

    Коэффициент теплообмена при излучении получим  из выражения:

    

где  T – температура радиатора, K;

          T_c – температура окружающей среды, K;

          b – расстояние между стенками рёбер, м;

          h – высота рёбер, м.

    Коэффициент теплообмена при внешнем давлении, отличающимся от нормального, будет  иметь вид:

    

    Приведенные формулы позволяют определить параметры  радиатора или тепловой режим  установленного на нём активного  элемента с допустимой погрешностью 10…15%.

    Для естественного охлаждения размеры  основания радиатора более 0,15х0,15 и высота рёбер более 0,04 м становятся малоэффективными, и делать их больше не целесообразно. Оребрение поверхности становится необходимым лишь тогда, когда соблюдается условие:

    

    Определим размеры радиатора ребристого типа, предназначенного для охлаждения транзистора мощностью P=(U_{вх max}-U_{вых min}) I_{вх min} =10 Вт.

    Максимально допустимая температура нагрева  его корпуса T=333 К, максимальная температура окружающей среды Тс=313 К.

    Покрытие  поверхности радиатора глянцевое, лакокрасочное. Транзистор устанавливается  на основании радиатора на неоребренной поверхности. Термическое сопротивление  контактной плоскости установки  транзистора принимаем 0,25 К/Вт. Геометрические размеры ребра:

     =0,003 м,    b=0,004 м,    h=0,02 м,    D=0,08 м

    Определим составляющие общего коэффициента теплообмена:

    

    

    

    

    Тогда общий коэффициент теплообмена  равен:

    

    Определим площадь поверхности охлаждения радиатора:

    

    Длина всех ребер радиатора:

    

    Отсюда  определим количество ребер:

    

    Ширина  основания радиатора:

    

 

    3.6. Расчет надёжности импульсного стабилизатора 

    Результаты  расчета надежности импульсного стабилизатора произведены по методике, изложенной в подразделе 1.4, при использовании пакета прикладных программ Microsoft Excel и представлены в таблице 2. Из произведенных расчетов видно, что надёжность модернизированного стабилизатора блока Т-27М возросла и вероятность безотказной работы на 10000 часов составила 0,931.

 

    Таблица 2.

 

 

      Вывод

      В результате проведенной модернизации блока Т-27М, путем замены электронного стабилизатора с непрерывным  регулированием на импульсный, собранный  на полупроводниковой элементной базе, были получены следующие результаты:

      - использование новой элементной  базы и схемотехнических решений позволило повысить вероятность безотказной работы блока с 0,54 до 0,931, что в свою очередь обеспечит повышение вероятности безотказной работы РЛС в целом;

      - использование новой элементной  базы, так же позволило улучшить  массогабаритные показатели стабилизатора (60 мм х 120 мм; 65 гр), что повысило  эксплуатационные свойства блока в целом;

      - применение импульсного стабилизатора  не привело к существенному  повышению коэффициента пульсации  и как следствие к ухудшению  показателей системы ВИП. 

 

    

4. Разработка  печатной платы

 

    4.1. Выбор размеров печатной платы 

    Конструкция аппаратуры, конструктивное исполнение платы, плотность рисунка схемы  и возможности производства определяют габариты печатной платы, выбираемые в соответствии с размерами навесных элементов, шириной печатного проводника и расстоянием между ними.

    При определении размеров печатной платы  необходимо отдавать предпочтение меньшим  габаритам, даже если общее число  плат в блоке при этом увеличивается. При производстве плат размером более 240 мм усложняется технологическое оборудование, уменьшается плотность проводящего рисунка схемы и непропорционально возрастает трудоёмкость изготовления печатной платы. Следует так же учитывать, что при увеличении размеров плат снижаются их жёсткость и вибропрочность. Толщину печатной платы выбирают в пределах 0,8…3,0 мм.

    Выбирая из справочной литературы размеры всех элементов можно просчитать площадь  каждого элемента. Поскольку элементы печатной платы находятся раздельно  друг от друга, к размерам каждого элемента прибавляется 5 мм. Таким образом, суммарная площадь каждого элемента будет отличаться от реальной на 25 мм². Расчет суммарной площади печатной платы произведен в таблице 3. 

    Таблица 3