Определение температуры внешней поверхности печатных узлов

Если представить воздушный зазор между нагретым узлом и стенкой корпуса в виде прямоугольного параллелепипеда со сторонами DL₁ и DL₂ и шириной зазора δ, то коэффициент конвекции в таком объёме будет определяться следующим соотношением:

α _К = ; (2)

где: - N = 1 при горизонтальной ориентации зазора, N = 1.3 – при вертикальной ориентации, B – коэффициент, зависящий от температуры в зазоре (см. таблицу).

Таблица

Θзазор 0С
B	0.13	0.58	0.56	0.44

Приведённое соотношение позволяет решить задачу расчёта температуры несиловых элементов внутри устройства. Для этого печатные узлы, скомпонованные в этажерку, нужно представить единым прямоугольным параллелепипедом с линейными размерами L1,L2,L3 расположенном на некоторых расстояниях δ₁….δ₆ от стенок корпуса.

Обратимся к 3D модели устройства, разработанной ранее.

Виртуально снимем крышку, чтобы было понятно внутреннее содержание сборки. Далее суммарную мощность, выделяемуя в силовых транзисторах и диодах обозначим как Рре, а во всех элементах, расположенных на платах как Рsu.

Рsu

Рре

Рис.5.2

L3

L2

L1

Рис.5.3

δ1

δ4

δ5

		δ2

Рис.5.4

Зазоры δ1, δ3- δ35 имеют вертикальную ориентацию (N=1,3), а зазор δ2 – горизонтальную (N=1).

В литературе по тепловым расчётам такой «горячий» объём внутри корпуса называется «нагретой зоной». Принимается допущение о том, что внешняя поверхность зоны изотермична (имеет одинаковую температуру).

Алгоритм расчёта Θнз можно изложить в следующем виде.

1. Определяем плотность теплового потока от нагретой зоны: q_НЗ = Р_СУ/S_НЗ.; где S_НЗ – площадь поверхности зоны. Sнз=L1*L2+L1*L3*2+L2*L3*2

2. По вспомогательной кривой на рис.5.1 находим перепад температуры зоны относительно окружающего её воздуха DΘ_З в первом приближении и определяем Θ_НЗ в первом приближении: Θ_НЗ = Θ_К + DΘ_З.

3. По формуле (2) определяем пять значений α _К для различных объёмов (зазоров) между нагретой зоной и стенками корпуса (кроме нижнего зазора).

В формуле 2 подставляем вместо DL1, DL2 и δ соответственно

габариты прямоугольников зазоров на рис. 3

6. Определяем α _Л по формуле

α _Л = C₀*ε_ПРИВ.*

ε_ПРИВ. в данном случае возьмем равной 0,5

7. Рассчитываем тепловые проводимости между стенками корпуса и нагретой зоной с различных её сторон (кроме нижней):

s_1….5 = (α _К.1…5 + α _Л)*S_1….5; где S_1….5 – площади верхней и боковых сторон нагретой зоны.

8. Рассчитываем температуру поверхности нагретой зоны в следующем приближении: Θ_НЗ¹ = Θ_К + Р_СУ/(s₁ +s₂ +s₃ +s₄ +s₅). Если Θ_НЗ¹ больше, чем Θ_н.з или существенно меньше него, то необходимо организовать циклические расчёты, подставляя Θ_НЗ¹ вместо Θ_НЗ в пункте 2.