Охлаждение РЭА

Нормальный тепловой режим.

Это режим, который при изменении в определённых пределах внешних температурных воздействий обеспечивает изменение параметров и характеристик конструкции компонентов в пределах, указанных технических условиях на них. Высокая надёжность и длительный срок службы изделия будут гарантированы, если температура внутри РЭА является нормальной и равна +20-25⁰С. Изменяется температура относительно нормальной на каждые 10⁰С в любую сторону. Уменьшается срок службы РЭА в 2 раза. Обеспечение нормального теплового режима приводит к усложнению конструкции, увеличению габаритов и массы, введению дополнительного оборудования с затратой электрической энергии.

Конструктор решает задачу удаления избытка теплоты в результате саморазогрева РЭА. Передача теплоты от нагретой РЭА в окружающую среду осуществляется кондукцией, конвекцией, излучением.

Кондукция – процесс переноса тепловой энергии между находящимися в соприкосновении телами или частями тел за счёт теплопроводности тел.

Конвекция – перенос энергии макрочастицами газа или жидкости.

Перенос теплоты излучением происходит за счёт превращения тепловой энергии в энергию излучения (лучистая энергия). В реальных условиях теплообмен осуществляется одновременно двумя или тремя видами и на практике расчёт проводится для наиболее эффективного вида теплообмена, который принимается для данного блока прибора системы за основной. Для стационарной РЭА используются в основном способы охлаждения теплопроводностью, воздушное, естественное, принудительное, а т.ж. принудительное воздушное с дополнительным охлаждением жидкости в трубопроводах. При высоких требованиях стабильности параметров схем применяют термостатирование узлов и блоков. Способы охлаждения характеризуются коэффициентом теплоотдачи, который имеет размерность .

Система охлаждения	Коэффициент теплоотдачи К=
Естественное воздушное излучение	2 – 10
Принудительное воздушное	10 – 150
Естественное жидкостное	200 – 600
Принудительное жидкостное	300 – 3000
Испарительная	500 – 120000

Теплоотвод кондукции

	1 – стенка прибора 2 – интегральная микросхема 3 – теплоотвод 4 – печатная плата

С увеличением плотности компоновки РЭА большая доля теплоты удаляется кондукцией, передачей тепловой энергии от нагретого элемента к элементу с меньшей температурой. Для улучшения условия отвода теплоты от тепловыделяющих элементов в конструкции применяют тепловые разъёмы, теплоотводящие шины, печатные платы на металлическом основании.

Рис. 1

Q – количество теплоты, передаваемая в статическом режиме кондукцией.

Q=определяется по выражению:

Q=, где а_m – коэффициент теплопроводности

a_m=, s – площадь, через которую проходит тепловой поток s=см², L – длина пути L=см, - изменение температуры между охлаждаемой конструкцией и окружающей средой.

Для увеличения эффективности теплообмена путём теплопроводности, необходимо увеличить площадь теплопроводящей поверхности, уменьшить длину пути и использовать материалы с высокой теплопроводностью. Используя эту формулу можно произвести расчёт радиатора.

Теплоотвод конвекцией.

Рис – 2.

Естественное и принудительное воздушное охлаждение наиболее доступно и просто. Теплота от нагретых корпусов радиоэлементов передаётся в окружающую атмосферу за счёт естественной конвекции. Эффективность охлаждения тем больше, чем больше разность температур между корпусом и окружающей средой и чем больше площадь поверхности корпуса. Имеет значение плотность окружающей среды. Принцип охлаждения естественной конвекцией основан на том, что слои воздуха, нагреваясь от выделяющих теплоту элементов и обладая вследствие этого меньшей плотностью, перемещается вверх и замещается более холодными слоями. Чем больше объём замещаемого воздуха, тем лучше теплообмен. Эффективность теплообмена зависит от места расположения элементов в объёме РЭА. Так при вертикальном расположении модулей воздушному потоку ничего не препятствует. Качество естественного воздушного охлаждения зависит от мощности, выделяемой РЭА во время работы в виде теплоты, формы и габаритов корпуса. Улучшение охлаждением можно получить искусственным увеличением площади поверхности корпуса, введением дополнительных рёбер. Существенное улучшение теплового режима достигается введением специальных вентиляционных отверстий в дне и крышке корпусов РЭА. Суммарная площадь вентиляционных отверстий прибора должна составлять 20 – 30% сечения конвективных потоков воздуха. Входные вентиляционные отверстия должны располагаться как можно ниже. Между поверхностью и дном д.б. зазор 20 – 30мм. Нужно стремиться к равномерному распределению выделяемой мощности по всему объёму изделия. Компоненты и узлы с большими тепловыделениями необходимо располагать в верхней части корпуса или вблизи стенок. Критические к перегреву элементы необходимо защищать тепловыми экранами. Блестящий экран лучистый тепловой поток примерно в 2 раза. Необходимо защищать РЭА от прямого попадания солнечных лучей. При отвесном падении солнечных лучей на прибор. Превышение температуры металлических поверхностей в ⁰С без покрытия – 24⁰С, окрашенные в белый цвет – 13⁰С, серый – 21⁰С, чёрный – 27⁰С.