Слаботочка Книги

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 54 55 56 57 58 59 [60] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

верхнос-ffi, интенсивность движения охлаждающей жидкости, ее род и другие факторы (при теплоотдаче излу4ением и конвекцией). Поскольку тепловое сопротивление равно Ет = ИР (К/Вт), где At - разность температур источника тепла и теплостока, а Р -мощность, рассеиваемая в аппаратуре, то уменьшение теплового сопротивления приводит к снижению перегрева аппаратуры при определенной рассеиваемой мощности, т. е. к улучшению теплового режима изделий электронной техники (ИЭТ).

Различают два вида теплового режима: стационарный (или установившийся) и нестационарный. Стационарный режим характеризуется тем, что температура каждого элемента аппарата не меняется во времени. Это возможно при постоянной рассеиваемой мощности и при достаточно длительной работе аппаратуры. В тех же случаях, когда мощность выделяется в аппарате периодически кражовременно или аппаратура работает относительно короткое время, режим остается нестационарным. Подавляющее большинство современной РЭА работает в стационарном тепловом режиме, поэтому и системы охлаждения конструируются с учетом длительной работы с постоянной тепловой нагрузкой.

Системы охлаждения, применяемые в РЭА, работают на разных принципах передачи тепла. Но наибольшее распространение получили системы передачи тепла конвекцией, т. е. системы газового (воздушного) и жидкостного охлаждения.

Системы газового и жидкостного охлаждения можно классифигчровать по нескольким принципам. По способу передачи теплоносителя - на си1.1емы естественного и принудительного охлаждения. В системах естественного охлаждения теплоноситель движется вдоль тепловыделяющих поверхностей за счет разности плотностей в нижней и верхней частях потока. Эта разность вызвана разностью температур в этих частях. Частицы жидкости или газа, соприкасаясь с нагретой поверхностью, нагреваются и при этом плотность потока уменьшается. Вследствие этого частицы начинают подниматься, а их место занимают более холодные частицы. Таким образом, происходит естественное движение теплоносителя. В системах принудительного охлаждения жидкость или газ направляется к объектам охлаждения с помощью специальных устройств (насосов, компрессоров, вентиляторов и пр.). При этом на охлаждение РЭА расходуется мощность.

По способу воздействия на объекты охлаждения системы охлаждения разделяются на системы прямого и косвенного воздействия. Прямое воздействие Предусматривает непосредственный контакт теплоносителя с объектом охлаждения. При косвенном охлаждении между теплоносителем и объектом охлаждения существует какое-то дополнительное тепловое сопротивление в виде слоя воздуха, стенки корпуса и т. п. Одним из примеров косвепного охлаждения служит обдув воздухом наружных поверхностей герметичного блока. Очевидно, что эффект от применения прямого охлаждения значительно превосходит эффект От косвенного.

По количеству объектов охлаждения системы охлаждения делятся на системы общего и локального охлаждения. В случаях общего охлаждения при правильном распределении теплоносителя охлаждаются все тепловыделяющие элементы. Это может происходить как при прямом, так и косвенном охлаждении. В тех же случаях, когда среди всех тепловыделяющих элементов можно выделить только один или несколько, требующих специального дополнительного охлаждения, неэкономично применять системы общего охлаждения, а следует



подавать теплоноситель только к этим элементам, т. е. создавать систему локального охлаждения, что ведет к уменьшению объема, массы и энергопотребления средства охлаждения.

По конструктивному исполнению системы охлаждения разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разо.мкнутых системах теплоноситель, отняв тепло от его источников, выбрасывается в окружающую среду и в дальнейшем больше не используется. В замкнутых системах теплоноситель циркулирует по замкнутому циклу. Эти системы сложнее разомкнутых, так как требуют введения в них дополнительных устройств, обеспечивающих отбор тепла от теплоносителя, прошедшего через аппарат, перед тем как снова подавать его к объектам охлаждения.

Системы жидкостного охлаждения в основном замкнутые, системы воздушного охлаждения могут быть и разомкнутыми, но, учитывая возможное заражение окружающей среды, отрицательно влияющее на работоспособность аппаратуры и обслуживающего ее персонала, системы воздушного охлаждения чаще всего делаются тоже замкнутого типа.

Как отмечалось, на тепловое сопротивление влияют род охлаждающей жидкости и интенсивность ее движения. Значения удельных тепловых сопротивлений /"т (т. е. сопротивлений, отнесенных к единице теплоотдающей поверхности) для различных способов передачи тепла конвекцией [32] приведены в табл. 9.1,

Абсолютное большинство систем охлаждения, при.меняемых в РЭА, основаны на этих пяти способах теплоотдачи.

Системы естественного воздушного охлаждения надежны и экономичны, так как не требуют специального оборудования, создающего принудительное движение воздуха. Однако, как следует из табл. 9.1, их эффективность чрезвычайно низка и поэтому они применяются только при невысоких удельных тепловых нагрузках на аппарат.

Следует отметить, что во многих работах, посвященных тепловым режимам РЭА, приводятся конкретные цифры удельных тепловых нагрузок, т. е. отношений рассеиваемой в аппаратуре мощиости к объему (ватт иа кубический метр) илп теплоотдающей новорхиости (ватт на квадратный ,метр) аппарата, якобы дающие возможность выбрать способ охлаждения. Это неверно. Помимо удельных-тепловых нагрузок такое влияние на выбор способа охлаждения оказывает и допустимый перегрев элементов, т. е. разноиь температур элемента и окружающей аппарат среды. Поскольку и заданная температура окружающей среды и допустимые температуры элементов могут пметь значения в широком диапазоне, невозможно заранее задать даже приблизительно допустимый перегрев и, следовательно, дать рекомендации по способу охлаждения. Следствием неточного критерия выбора способа охлаждения является вопрос «Какую мощность

Таблица 9.1. Эффективность способов передачи тепла

Способ [1Средачи тепла

м-К/Вт

Естественная воздушная конвекция с излучением Принудительная воздушная конвекция Естественная конвекция в жидкости Принудительная конвекция в жидкости Кипение (испареине) жидкости

500-60

100-10

1-0,3

0,1-0,02



может рассенть аппарат?». Любой аппарат рассеивает всю выделяемую в нем мощность. Весь вопрос в том, какая при этом в нем будет температура.

Аналогичные рассуждения относятся и к отдельным ЭРЭ, в частности к ИС. Но в этом случае добавляются еще два фактора - способ установки микросхем в ячейке и размер теплоотдающей поверхности корпуса ИС. В результате исследований было определено, что коэффициент теплоотдачи (т. е. эффективность отдачи тепла) корпуса зависит от теплоотдающей поверхности, причем чем меньше поверхность, тем больше коэффициент.

Естественная конвекция является основным средством охлаждения герметичных аппаратов. Герметизация узлов может вызываться следующими обстоятельствами; бескорпусной элементной базой аппаратуры; наличием элементов, не предназначенных для работы при низких барометрических давлениях; защитой от возможных электрических пробоев при низких барометрических давлениях; необходимостью предохранения элементов от попадания пыли, влаги, кислот, зараженных частиц И т. п.

Обеспечение нормального теплового режима герметичных конструкций является задачей очень сложной. Ведь приведенные в табл. 9.1 значения тепловых сопротивлений в герметичных конструкциях удваиваются, поскольку естественная конвекция присутствует в них дважды: внутри блока от элементов к корпусу и снаружи от корпуса в окружающую среду. Если наружное тепловое сопротивление можно уменьшить увеличением теплоотдающей поверхности оре-брением или введением обдува наружных поверхностей корпуса, то возможности снижения внутреннего теплового сопротивления ограничены. В первую очередь, для этой цели служит замена воздуха внутри блока другим газом с лучшими теплофизическими свойствами, например азотом, гелием, воздушно-гелиевой смесью. Наибольший эффект в этом плане дает применение в качестве заполнителя объема шестифторнстой серы (элегаза). Внутреннее тепловое сопротивление при этом уменьшается в 1,5-2 раза. Поскольку эффективность теплоотдачи конвекцией зависит от давления газа, то целесообразно создавать внутри герметичного объема избыточное давление. Далее. При естественной воздушной конвекции большое значение имеет тепловое излучение. Примерно половина рассеиваемой мощности отводится излучением. Поэтому необходимо, чтобы все теплоотдающие и тепловоспринимающие поверхности, в первую очередь корпуса аппарата, имели высокую степень черноты.

И, наконец, внутреннее тепловое сопротивление можно значительно снизить введением внутреннего перемешивания газа с помощью встроенного вентплятора. Несмотря на то что при таком способе о.хлаждения к мощности, рассеиваемой в аппарате, .добавляется мощность электродвигателя вентилятора, температура внутри аппарата снижается за счет интенсивности принудительного воздушного охлаждения. Кроме того, при этом значительно выравниваются те.мпературы элементов внутри апг1а;;дта, что для некоторых классов аппаратуры является важным параметром.

Существуют конструкции герметичных блоков с использованием сквозного принудительного воздушного охлаждения, некоторые примеры которых приведены ниже.

Герметичный блок книжной конструкции с вертикальной осью раскрытия ячеек (см. рис. 4.11) состоит нз набора ячеек. Ячейка (см. рис. 4.6) состоит из печатной платы, с двух сторон которой на металлических основаниях приклеены бескорпусные МСБ. К металлическим основаниям с помощью сварки присо-




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 54 55 56 57 58 59 [60] 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76
Яндекс.Метрика