Введение. Воронежский государственный технический университет

А.В. Муратов

ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ВТОРИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Учебное пособие

Воронеж 2003

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

А.В. Муратов

ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ВТОРИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Учебное пособие

Рекомендовано

Учебно-методическим объединением по образованию

в области автоматики, электроники, микроэлектроники и радиотехники

в качестве учебного пособия

для студентов радиотехнических специальностей вузов

Воронеж 2004

УДК

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ…………………………………………………………………

2 СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИВЭП………………………………...

3 СВЯЗЬ МИНИАТЮРИЗАЦИИ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ………………………………..

3.1 Основные проблемы миниатюризации………………………………….

3.2 Конструкторско-технологические проблемы

миниатюризации ИВЭП……………………………………………………….

3.3 Предельные возможности и ограничения миниатюризации

источников вторичного электропитания …………………………………….

3.3.1 Ограничения значения КПД……………………………………………

3.3.2 Оценка предельных возможностей

миниатюризации ИВЭП……………………………………………………..

4 ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ТИПОВ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ…………………………………………………………………

4.1 Особенности обеспечения теплового режима

импульсных источников питания……………………………………………..

4.2 Особенности обеспечения теплового режима

микроэлектронных источников вторичного электропитания………………

4.3 Особенности обеспечения теплового режима

источников вторичного электропитания персональных ЭВМ……………...

4.4 Особенности обеспечения теплового режима высоковольтных источников вторичного электропитания……………………………………………

5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МОДУЛЕЙ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ…………………………...

5.1 Ориентировочный выбор способа охлаждения на ранней

стадии проектирования………………………………………………………...

5.2 Расчет стационарного теплового режима блока источника электропитания при естественном конвективном теплообмене…………………...

5.3 Этапы проведения расчета теплового режима ИВЭП,

в различном конструктивном исполнении, при естественном

конвективном теплообмене…………………………………………………………..

5.4 Методика проведения расчета стационарного блока при принудительном охлаждении………………………………………………………...

5.5 Методика проведения расчета радиаторов……………………………….

5.5.1 Общая методика расчета радиаторов………………………………….

5.5.2 Методика расчета игольчато-штыревого и

ребристого радиаторов……………………………………………………….

6. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ, ДЛЯ КОТОРЫХ НЕОБХОДИМ ПОДРОБНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ………………………………………………………………...

7. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ………………………………………………

Приложение……………………………………………………………………..

Список литературы……………………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

В большинстве случаев первичный источник или стандартная сеть по частоте, стабильности или напряжению оказываются непригодными для питания электронных устройств. Поэтому возникает необходимость преобразования электрической энергии. Устройства, преобразующие вид и качество электрической энергии называют источниками вторичного электропитания (ИВЭП).

Класс устройств, преобразующий электрическую энергию, весьма разнообразен и охватывает диапазон мощностей от долей ватта до нескольких тысяч киловатт.

В каждом из видов электронных средств, будь то вычислительная машина или система управления роботом, CD-проигрыватель или радиолокационная станция, имеется система, устройство или элемент, выполняющие одну и ту же функцию: обеспечение электропитанием всех входящих в данное средство элементов. Причем, наличие в электронном средстве, каким бы сложным оно ни было, источника вторичного электропитания, настолько очевидно, что на общей функциональной электрической схеме этого средства он даже не указывается.

Для надежной и долговечной работы любого радиоэлектронного устройства необходим грамотный подход к конструированию и проектированию источников вторичного электропитания этого устройства. Основной задачей конструирования и проектирования источников питания, наряду с выбором варианта конструкции, обеспечением электромагнитной совместимости, устойчивости к механическим воздействиям, унификации, миниатюризации, технологичности и надежности, является обеспечение заданного температурного режима блока вторичного электропитания. Если основным средством миниатюризации любых систем обработки и хранения информации электронных средств, является повышение уровня интеграции микросхем, то для вторичных источников электропитания наибольший эффект достигается улучшением тепловых режимов, наряду с повышением КПД. Широкое применение в современных источниках вторичного электропитания микросхем и микросборок привело к тому, что расчет тепловой напряженности элементов, при проектировании, приобрел особое значение, так как допустимый перегрев становится наиболее объективным критерием оценки надежности и долговечности прибора.

Вопросам обеспечения тепловых режимов, при проектировании и конструировании источников вторичного электропитания, как всего устройства в целом, так и отдельных модулей и элементов и посвящены главы данного учебного пособия. Авторы, в каждой главе, стремились показать важность и актуальность проведения тепловых расчетов при проектировании источников вторичного электропитания, в условиях современных требований надежности, миниатюризации, долговечности, стабильности параметров и качества радиоэлектронной аппаратуры. В пособии подробно изложены методики проведения расчетов тепловых режимов блоков источников вторичного электропитания, при различных видах теплообмена, для различных типов конструкций блоков и технических условий предъявляемых к ним. А также приведены методики расчета и выбора тепловых режимов для модулей и элементов, из которых состоит любой источник вторичного электропитания, и для этих модулей и элементов, приведены методики расчета и выбора оптимальных теплоотводов.

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Классификацию источников вторичного электропитания проводят по следующим основным характеристикам [1].

1. По виду входной электроэнергии: работающие от сети переменного тока (одно- или многофазного); от сети постоянного тока; от сетей переменного и постоянного токов.

2. По выходной мощности: микромощные P вых ≤ 1 Вт; малой мощности P вых = 1…10 Вт; средней мощности Р вых = 10..100 Вт; повышенной мощности Р вых = 100…1000 Вт; большой мощности Р вых ≥ 1000 Вт. Отдельную группу составляют источники с выходной мощностью свыше 1 кВт до 1000 кВт, которые используются для питания приемных и передающих устройств, технологических установок, установок ионной оптики.

3. По виду выходной энергии: с выходным напряжением переменного тока (одно- или многофазного); с выходным напряжением постоянного тока; комбинированные (с выходным напряжением переменного и постоянного токов).

4. По номинальному значению выходного напряжения U вых: низкое U вых<

< 100 В; повышенное U вых = 100…1000 В; высокое U вых > 1000 В. Источники электропитания с уровнем входного напряжения свыше 1000 В принято называть высоковольтными. У этих источников рабочие цепи находятся под потенциалом относительно «земли», равным рабочему напряжению. Кроме них используются источники электропитания, рабочие цепи которых находятся под потенциалом относительно «земли» выше рабочего напряжения. Такие источники применяются обычно в радиопередающих устройствах, где уровень потенциала превышает 1000 В. В этом случае источники электропитания называют высокопотенциальными.

5. По степени постоянства выходного напряжения: не стабилизирующие и стабилизирующие. Стабилизирующие источники электропитания обеспечивают постоянство выходного напряжения на заданном уровне при воздействии влияющих величин (изменении выходного напряжения, выходного тока, температуры окружающей среды и др.). Они имеют в своем составе стабилизатор напряжения, который конструктивно может быть выполнен в виде функционального узла.

6. По допустимому отклонению номинала выходного напряжения; низкой точности (> 5 %); средней точности (1…5 %); высокой точности (0,1…1); прецизионные (< 0,1 %).

7. По уровню пульсации (переменной составляющей) выходного напряжения постоянного тока: малый уровень (< 0,1 %); средний уровень (0,1… 1 %); большой уровень (> 1 %).

8. По числу выходов: одноканальные (один выход) и многоканальные (два и более выходов).

9.
По способу стабилизации напряжения: непрерывного и импульсного действия.

Рис. 1

Структурная схема источника электропитания определяется входными и выходными параметрами. На рис. 1, а–г приведены типовые структурные схемы источников вторичного электропитания, содержащие следующие функциональные узлы: трансформатор Т, выпрямитель В, сглаживающий фильтр Ф, стабилизатор напряжения С, делитель выходного напряжения ДН, помехоподавляющий фильтр ППФ, инвертор регулирующий Ир, инвертор не регулирующий И.

Трансформатор на входе источника электропитания (рис. 1, а,б) рассчитывается на частоту тока системы электроснабжения. Такие схемы используются при малой выходной мощности, так как трансформатор при работе на частоте тока сети имеет завышенные габаритные размеры и массу. В схемах на рис. 1, в–е во входных цепях используются узлы ППФ, осуществляющие фильтрацию высокочастотных помех, как со стороны сети, так и со стороны инвертора в сеть.

В схемах на рис. 1, в,г применяется инвертор, регулирующий выходное напряжение источника по сигналу обратной связи с делителя напряжения. В схемах на рис. 1, д инвертор И выполняет лишь функцию преобразования постоянного тока в переменный, а стабилизацию напряжения осуществляет стабилизатор С по сигналу обратной связи с трансформатора (от дополнительной обмотки).

Следует сразу заметить, что при конструировании и проектировании вторичных источников электропитания, реализуемых одной из вышеперечисленных функциональных схем, обеспечение заданного теплового режима источника является важнейшей задачей инженера. Так как, без теплового расчета невозможно обеспечить в заданных режимах номинальные значения параметров, что может привести к выходу из строя всего радиотехнического устройства в целом.

2. СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИСТОЧНИКАМ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Основные требования к источникам вторичного электропитания питания можно охарактеризовать следующими параметрами:

1) коэффициентом полезного действия. Современные требования накладывают жесткие условия на величину коэффициента полезного действия (КПД). КПД полностью определяет требуемую поверхность теплоотвода при заданной температуре. Высокий КПД позволяет решать энергетические проблемы миниатюризации блока вторичного электропитания. КПД определяет рассеиваемую мощность, которая не должна требовать поверхности охлаждения, превышающей ту, которая соответствует объему, необходимому для плотного размещения деталей. Все источники вторичного электропитания, у которых преобразование электрической энергии основано на непрерывном действии характеризуются теоретически предельным значением КПД. В источниках вторичного электропитания, у которых электрическая энергия преобразуется импульсным путем теоретически предельный КПД не ограничен, то есть, может быть равен 100%. Реальный КПД определяется не идеальностью ключей и потерями в реактивных элементах.

2) показателями надежности работы. Величина показателей надежности определяется назначением радиоэлектронного устройства. Если источник вторичного электропитания работает в составе РЭС, размещенной на необслуживаемом объекте, то наработка на отказ должна быть максимальной (спутники связи, орбитальные станции, морские буи и т. п.). Вероятность безотказной работы электронных средств, функционирование которых в течении заданного промежутка времени должно быть гарантированно разработчиком, должна быть наибольшей (радиоэлектронные устройства применяемые в военной технике, в медицинском оборудовании и т. п.).

3) значения напряжения и тока, и их отклонения от номинальных значений. Наибольшее влияние на отклонение от номинального значения и нестабильность выходного напряжения оказывают диапазоны изменения температуры окружающей среды и выходного тока. Нестабильность выходного напряжения в течение заданного промежутка времени может быть заданна не более 0,02%, для аппаратуры чувствительной к колебаниям напряжения [1], для большинства же современной бытовой аппаратуры нестабильность выходного напряжения, для многих видов нагрузок, составляет 2% от номинального напряжения.

4) габаритными размерами и массой. Габаритные размеры и масса блока питания определяются не только степенью миниатюризации электро-радио-элементов входящих в его состав, но и в первую очередь грамотным расчетом теплового режима, как в целом источника вторичного питания, так отдельных его элементов, испытывающих наиболее тяжелый тепловой режим. В первую очередь, это объясняется тем, что при правильном и грамотном расчете режима работы и отвода тепла от таких теплонагруженных элементов как: транзисторы и транзисторные ключи, непрерывные и импульсные трансформаторы, диоды, конструктор может использовать такие элементы с меньшими показателями мощности, а как следствие с меньшими габаритными размерами.

5) наличием защиты при аварийных режимах. Такая защита предусматривает прекращение подачи напряжения на блоки и модули радиоэлектронного устройства, если вторичное напряжение, на выходе блока питания превышает допустимое.

Технические требования к характеристикам вторичных источников электропитания сильно различаются в зависимости от назначения радиоэлектронной аппаратуры, в составе которой они работают. Если в технических условиях заданно, что аппаратура должна эксплуатироваться в отапливаемом помещении, то устройство в целом и блок питания рассчитывают на температуру окружающей среды от +5 до +40˚ С, атмосферное давление не ниже 460 мм рт. ст. и относительную влажность воздуха 95% при температуре 30˚ С. Если аппаратура предназначена для работы на подвижных наземных носителях, то диапазон изменения температуры окружающей среды расширяется от – 50 до +65˚ С, а относительная влажность воздуха повышается до 98…100%. Это ужесточает требования к проведению теплового расчета, к обеспечению более эффективного отвода тепла, а также возможности герметизации и принудительного охлаждения источника вторичного электропитания.

Современные источники вторичного питания обязаны выдерживать циклическое изменение температуры окружающей среды, при этом сохраняя требуемые параметры в допустимых пределах отклонения. Особенно это условие трудно выполнимо для герметизированных конструкций блоков электропитания, а также для источников электропитания высокого напряжения, так как наличие высокого напряжения, во первых является предпосылкой для увеличения токов утечки, которые по своему значению могут быть сравнимы с выходным током, в маломощных источниках электропитания, а во вторых для высоковольтных источников питания характерна большая толщина слоя изолирующего компаунда.

Также проектировщику следует учитывать, что значительный перепад температур имеет место при подъеме и последующем снижении аппаратуры, например при подъеме на высоту 9000 м температура окружающей среды за короткое время достигает - 60˚ С.

3. СВЯЗЬ МИНИАТЮРИЗАЦИИ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

Миниатюризация – это главное направление развития современной радиоэлектронной техники, вот уже на протяжении многих лет. Корпорации и фирмы тратят миллиарды на разработку новых технологий и технологического оборудования позволяющего уменьшать до невероятных размеров электро радиоэлементы, микросборки, печатные платы и радиоэлектронные устройства в целом. На этом фоне становится всё более заметной недостаточная степень миниатюризации преобразователей электрической энергии.

Миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры приводит к увеличению относительного объема блока вторичного электропитания в системе, если их миниатюризация не осуществляется с такой же эффективностью. Преодоление существующих трудностей стало возможным с переходом от преобразований электрической энергии на стандартных низких частотах (50 и 400 Гц) к преобразованиям на частотах в десятки и сотни килогерц при преимущественно прямоугольной форме импульса напряжения.

3.1. Основные проблемы миниатюризации

Критериями, которыми конструктор должен руководствоваться при решении вопросов миниатюризации источников вторичного электропитания, являются удельная мощность и относительный объем. Габаритные размеры блока электропитания, как впрочем, и любого электротехнического устройства, определяются в первую очередь требуемой поверхностью теплоотвода, либо конструктивным объемом, необходимым для размещения деталей.

При заданных выходной мощности и условиях теплоотвода требуемая поверхность теплоотвода полностью определяется КПД источника вторичного электропитания. В свою очередь КПД блока питания зависит от принципа его действия, числа последовательных преобразователей энергии и удельных нагрузок в элементах схемы, то есть от плотности тока j, максимальной индукции В, рабочей частоты ω. При увеличении удельных нагрузок уменьшается суммарный объем деталей, уменьшается КПД, увеличивается требуемая поверхность теплоотвода. При некоторой совокупности удельных нагрузок конструкция имеет минимальный объем, соответствующий оптимальному КПД, плотной упаковке деталей и требуемой поверхности теплоотвода при заданной температуре. Отступление от оптимальной совокупности удельных нагрузок приводит к тому, что объем конструкции, увеличивается из-за роста объема деталей или требуемой поверхности теплоотвода. В первом случае при сохранении плотной упаковки деталей их температура будет ниже заданной. Во втором случае температура деталей будет заданной, но не полностью использован объем [4].

Еще одна проблема миниатюризации вторичных источников питания – энергетическая, решение которой также невозможно без грамотного подхода к обеспечению заданного теплового режима блока питания. Так как эта проблема заключается в необходимости получения в любом преобразователе энергии достаточно высокого КПД, чтобы рассеиваемая мощность не требовала поверхности охлаждения, превышающей ту, которая соответствует объему, необходимому для плотного размещения деталей. Подход к решению энергетической проблемы миниатюризации источников вторичного электропитания является дифференцированным, и зависит от того к какому типу относится источник питания (непрерывного или импульсного действия). Источники электропитания непрерывного действия характеризуются тем, что имеют предельное теоретическое значение КПД, задача инженера заключается в том, чтобы максимально приблизиться к этому значению. В отличие от блоков электропитания непрерывного действия, у импульсных источников вторичного электропитания теоретический предельный КПД неограничен, то есть он может быть равен 100%. Если разработчик достигнет этого теоретического значения КПД, то вопрос обеспечения теплового режима источников вторичного электропитания станет неактуальным и ненужным, так как исчезнут потери при преобразовании электрической энергии, то есть исчезнет ˝паразитное джоулево тепло˝. На практике, реальный КПД импульсных источников питания определяется не идеальностью ключей и потерями в реактивных элементах, а энергетические проблемы миниатюризации решаются нахождением оптимальной совокупности электрических и магнитных нагрузок во всех элементах устройства, то есть оптимальных плотности тока, индукции и частоты.

Опыт показывает, что при современных параметрах мощных транзисторов и свойствах магнитных и диэлектрических материалов, применении бес корпусных, мощных транзисторов и диодов для мощных сборок из этих приборов основным ограничением миниатюризации устройств является рассеиваемая мощность. Поэтому для инженера так важен грамотный подход к проведению теплового расчета, как в целом всего блока вторичного электропитания, так и наиболее теплонагруженных элементов, а также выбор оптимального способа отвода рассеиваемой мощности.

3.2. Конструкторско-технологические проблемы миниатюризации ИВЭП

Конструкторско-технологические проблемы миниатюризации блоков вторичного электропитания невозможно решить без предварительного теплового расчета, так как эти проблемы заключаются в необходимости получения такого минимального суммарного объема элементов, чтобы соответствующая этому объему поверхность корпуса не превышала необходимой для охлаждения при заданных условиях теплообмена.

Эти проблемы в настоящее время, весьма эффективно, решаются применением бес корпусных микросхем, полупроводниковых приборов, конденсаторов. В большинстве случаев удается уменьшить объем блока вторичного электропитания, до значения, которое определяется энергетическими соотношениями и условиями теплообмена, применением гибридно-пленочной технологии. Но, в современных условиях рыночных отношений, конструктор должен в первую очередь учитывать затраты на технологию изготовления блока питания, чтобы они были минимальными при заданном уровне качества. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что гибридная конструкция сложна, при всех своих достоинствах. Так как предусматривает создание сложных микросборок с большим числом отдельных бес корпусных транзисторов, диодов и микросхем, что требует больших затрат ручного труда. Применять гибридную конструкцию целесообразно при мелкосерийном производстве, при частой смене типов устройств, особенно микромощных.

В случае, когда ИВЭП не являются продукцией массового производства, можно применять множество их конструкций, структур, которые реализуются двумя основными способами: на основе печатных плат или гибридных микросборок.

Конструкции на основе печатных плат общедоступны, но не обеспечивают высокой удельной мощности.

Проблема сочетания свободы выбора схем, структур, процессов с высокой удельной мощностью и доступностью технологии изготовления ИВЭП решатся только при отсутствии ограничений по трудоемкости и стоимости работ.

3.3 Предельные возможности и ограничения миниатюризации источников вторичного электропитания

3.3.1 Ограничения значения КПД

Возможные предельные значения КПД импульсных источников вторичного электропитания и ИВЭП, в которых преобразование электрической энергии непрерывно координально различаются [4].

Для всех устройств с непрерывным принципом действия существуют теоретически предельные значения КПД, которые можно достичь только при полной идеализации характеристик полупроводниковых приборов и отсутствии потерь в остальных элементах схемы. В этом классе устройств, для построения ИВЭП представляет интерес применение стабилизаторов постоянного напряжения и инверторов с усилителем класса В. В стабилизаторах постоянного напряжения непрерывного принципа действия теоретически предельное значение КПД равно отношению выходного напряжения к напряжению питания. Поскольку выходное напряжение не стабильно, следует принимать в расчет минимальное значение КПД η_min = U _{П min} / U _{П max}. Например, при U _{П min} = 24 В, U _{П max} = 30 В предельное значение КПД равно 63%.

Для импульсных ИВЭП ситуация с предельным значением КПД координально иная. Для всех устройств с импульсным регулированием мощности теоретического предела КПД не существует, а это значит что КПД может быть равен 100%. Можно сделать вывод, что при достижении предельного значения КПД импульсного источника вторичного электропитания отпадет необходимость обеспечения теплового режима, так как не будет потерь электрической энергии. Реальный КПД этих устройств полностью определяется не идеальностью статических и частотных характеристик элементов, транзисторов диодов, трансформаторов, дросселей, конденсаторов. В общем случае зависимость КПД от реальных параметров элементов достаточно сложная. При проектировании источника вторичного питания максимум удельной мощности достигается при оптимальной совокупности нагрузок элементов, чему соответствует оптимальное значение КПД. Можно выделить некоторые параметры элементов, которые ограничивают значение КПД импульсных устройств определенного типа. Диодный выпрямитель прямоугольного напряжения, выполненный на теоретически идеальных диодах, не может иметь КПД выше 94,6%, если напряжение на нагрузке равно 5В. Реально КПД такого диодного выпрямителя (с реальными диодами) имеет КПД не выше 86,2%.

Низкие значения коэффициента передач тока мощных биполярных транзисторов приводят к тому, что мощность, рассеиваемая в цепи управления транзистора, составляет значительную часть общих тепловых потерь, особенно существенную при работе импульсного ИВЭП с неполной нагрузкой. Основным средством уменьшения потерь на управление является применение мощных МДП-транзисторов.

3.3.2 Оценка предельных возможностей миниатюризации ИВЭП

Возможности миниатюризации блока электропитания определяются либо требуемой поверхностью теплоотвода, либо суммарным конструктивным объемом элементов [4].

Если при конструировании и производстве ИВЭП применяется гибридно-пленочная технология или малогабаритные мощные транзисторные сборки, то объем мощного преобразовательного устройства определяется только рассеиваемой мощностью и условиями теплообмена.

Для конструкции в форме прямоугольного параллелепипеда при заданной толщине корпуса и теплоотводе по всей его поверхности можно установить простое соотношение между объемом и поверхностью теплоотвода. Если a и b – размеры основания, h – толщина корпуса, S – его поверхность, то справедливо следующее соотношение, точное при a=b и практически приемлемое при b/a = 0,3 – 3:

По результатам макетирования и испытания устройств [4] определяем мощность, рассеиваемую во всех элементах, P _p, поверхность S _{т 0}, необходимую для рассеяния 1 Вт мощности при заданных условиях теплообмена, и поверхности теплоотвода

Тогда «тепловой» объем конструкции при заданной ее толщине определяется выражением

Удельная мощность ИВЭП рассчитывается из выражения

Изменение условий теплоотвода, определяющее поверхность S _{т 0}, влияет количественно на удельную мощность, но общие закономерности сохраняются. По результатам компоновки элементов преобразователя можно вычислить минимальную площадь основания корпуса, необходимую для плотного размещения всех деталей S _осн = ab и «габаритный» объем корпуса V _г = hS _осн. Из вышесказанного можно сделать вывод, что минимальный объем определяется большим значением из V _т или V _г.

Максимально достижимая мощность блока вторичного питания равна отношению его выходной мощности к окончательно определенному объему V _т или V _г.

Другой подход к оценке удельной мощности ИВЭП заключается [4] в предельной миниатюризации конструкции, не обеспечивая теплоотводящую поверхность корпуса, необходимую для теплообмена, то есть создается конструкция, для которой V _т < V _г. Такую конструкцию можно легко реализовать для устройств непрерывного действия, поэтому все полупроводниковые силовые микросхемы имеют малый объем корпуса, но требуют дополнительной теплоотводящей поверхности.

Возможность получения конструкции, для которой V _т < V _г, появилась и для блоков вторичного электропитания ключевого принципа действия при использовании малогабаритных силовых МДП-транзисторов, диодов Шотки, специализированных микросхем управления, осуществлении преобразовательных процессов в резонансных схемах, работающих на частотах в сотни килогерц. Следует отметить, что подобная конструктивная миниатюризация не сопровождается заметным повышением КПД, так как уменьшению статических потерь соответствует увеличение частотных потерь.

При заданных условиях теплоотвода и перегреве уменьшение поверхности корпуса S _т при неизменном КПД означает уменьшение допустимой выходной мощности, то есть практически не изменяет удельную мощность ИВЭП.

В любых условиях эксплуатации при естественном воздушном охлаждении теплоотводящая поверхность корпуса недостаточно для обеспечения его температуры не выше 85° С. Необходимо или уменьшить мощность потерь, то есть уменьшить мощность в нагрузке или улучшить условия теплообмена с окружающей средой путем обдува, установки корпуса на радиатор. Во всех случаях удельная мощность будет конструкции будет меньше 100 Вт/дм³ и в общем виде близка к значению, определяемому (4) [4].

4. ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ТИПОВ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

4.1. Особенности обеспечения теплового режима импульсных источников питания

Преобразователи электрической энергии импульсными методами позволяют получить высокие удельные показатели устройств электропитания при минимальных потерях энергии. В источниках вторичного электропитания импульсного действия выполняется преобразование постоянного тока в пульсирующий или переменный. Устройства, которые выполняют такое преобразование, называют инверторами. Если на выходе трансформатора включается выпрямитель, то все устройство преобразует напряжение постоянного тока в напряжение постоянного тока. Такой преобразователь называют конвектором.

Тепловой режим импульсного источника вторичного электропитания полностью определяется обеспечением теплового режима блоков и элементов, входящих в состав источника.

Основными, наиболее теплонагруженными элементами в импульсных ИВЭП являются транзисторы и транзисторные ключи. Ключевой режим, в котором работают транзисторы, характеризуется двумя основными состояниями:

- в течении одной части периода времени транзистор находится в открытом (насыщенном) состоянии;

- в течении оставшейся части периода времени – в закрытом состоянии.

При выборе мощного транзистора, для конкретной схемы, конструктор должен руководствоваться мгновенным значением напряжения в закрытом

состоянии и тока в открытом состоянии, а также их сочетание в активной области. Необходимая надежность работы силового транзистора может быть обеспечена только при сочетаниях коллекторного тока и напряжения коллектор – эмиттер, лежащих внутри области безопасной работы (ОБР). Типовая область безопасной работы транзистора (рис. 2) размещена внутри ломанной линии, состоящей из четырех отрезков (1, 2, 3, 4).

Рис. 2

На рис. 2 показаны области безопасной работы транзистора для различных длительностей импульсов. Максимальное граничное значение тока коллектора I _k (отрезок 1) определяется из условия допустимой плотности тока для выбранной транзисторной структуры и конструкции [1]. При увеличении плотности тока нагрев транзистора повышается, а это в свою очередь приводит к снижению коэффициента усиления. Максимальная рассеиваемая мощность транзистора при работе его в активной области ограничивается отрезком 2 и определяется допустимой температурой нагрева кристалла. Отрезок 3 ограничивает сочетание токов и напряжений, не вызывающих вторичный пробой транзистора. Отрезок 4 ограничивает значение напряжения U _{кэо гр} , которое соответствует напряжению первичного лавинного пробоя при разомкнутой цепи базы (то есть когда ток базы равен 0).

Не грамотное обеспечение теплового режима и недостаточный отвод тепла от мощных транзисторов может привести к вторичному пробою. Различают две разновидности вторичного пробоя [1]: тепловой и токовый. Тепловой вторичный пробой вызывается неоднородностью проводимости кристалла в отдельных местах и, следовательно, различными плотностью тока и температурой по поверхности кристалла. С ростом температуры ее неравномерность увеличивается, на поверхности кристалла образуются так называемые «горячие пятна» и через определенное время происходит полное проплавление кристалла в этих локальных областях, приводящие к короткому замыканию цепи эмиттер – коллектор. Токовый вторичный пробой происходит при критическом значении плотности тока, когда увеличение напряженности поля приводит к неконтролируемому росту носителей в обедненном слое коллектора. При этом напряжение на транзисторе уменьшается.

Область безопасной работы транзистора приводится обычно для определенной температуры корпуса транзистора. Для иного значения температуры необходимо учитывать перемещение линий 3 в соответствии с зависимостью допустимой рассеиваемой мощности Р _рас от температуры корпуса Т _к:

где Т _пер – предельно допустимая температура перехода транзисторной структуры; R _Т – тепловое сопротивление между переходом транзисторной структуры и корпусом.

Температура корпуса, выше которой начинается снижение допустимой рассеиваемой мощности определяется из уравнения

где Р _{рас ном} – номинальная длительно рассеиваемая мощность. Положение линии 3 слабо зависит от температуры корпуса. Особенно при токовом вторичном пробое. Линии 1 и 4 устанавливаются в технических условиях для всего интервала температур.

Выбор транзистора, для работы в ключевом режиме, определяется следующими основными физическими и конструктивно-технологическими параметрами [1]:

малым временем рассасывания t _рас для обеспечения быстродействия ключа;

малыми временами включения (нарастания тока) t _вкл и выключения (спада) t _выкл для снижения динамических потерь;

реальным током нагрузки I _{К кл} – классификационным током, превышение которого технически нецелесообразно;

минимальными потерями Р _нас во включенном состоянии;

коэффициентом передачи тока транзистора в ключевом режиме h _{21 нас}, определяющим приведенные выше параметры и требуемую мощность предварительного усилителя;

массой m _т;

площадью S _т, занимаемой корпусом транзистора на теплоотводе;

площадью кристалла транзистора S _кр.

Некоторые требования, предъявляемые к транзисторам являются взаимоисключающими, и поэтому удовлетворение всех требований невозможно.

По сравнению с биполярными транзисторами ключи на транзисторах полевых обладают рядом достоинств:

- малая мощность управления в статическом режиме;

- высокая скорость переключения, благодаря чему снижаются динамические потери в ключевых схемах;

- отсутствие теплового пробоя и слабая подверженность вторичному пробою;

- самоограничение тока стока, обеспечивающее их параллельную работу.

Перечисленные выше достоинства позволяют более широко применять полевые транзисторы в ключевых схемах. Но, на ряду, с достоинствами полевые транзисторы имеют и свои недостатки, к которым относятся:

- выход из строя при электрических перегрузках по напряжению (даже кратковременных);

- повышенные, по сравнению с биполярными транзисторами, остаточные напряжения, что увеличивает потери в статическом режиме.

Так как мощные полевые транзисторы уступают биполярным, по предельным уровням рабочих напряжений и токов, целесообразно применять сочетание этих двух классов приборов в составе ключа.

Для уменьшения потерь в силовом транзисторе импульсного блока вторичного электропитания необходимо обеспечить достаточно малое остаточное напряжение в его открытом состоянии, создать надежный режим отсечки, сформировать надлежащим образом процесс переключения.

В импульсных ИВЭП широко применяют ключи на составных транзисторах. Подобные схемы применяют для увеличения суммарного усиления тока, что позволяет уменьшить мощность в цепи управления ключом. Однако при этом увеличиваются падение напряжения в выходной цепи транзистора и, следовательно, мощность, рассеиваемая в ней. Суммарные потери в выходной цепи ключа и в цепи управления минимальны при некотором значении тока управления.

Трансформаторы и дроссели во многом определяют массу, объем и тепловой режим импульсных источников электропитания. Высокая трудоемкость изготовления препятствует отработке схем, содержащих эти элементы, с помощью физического моделирования.

Конструктивные параметры трансформаторов выбирают из условия обеспечения допустимого падения напряжения на обмотках и допустимого перегрева обмоток. При выборе типоразмера магнитопровода и марки материала определяющими являются трансформируемая мощность и частота тока.

В диапазоне частот от 50 Гц до 10 кГц используются стали, свыше 10 кГц – ферриты и магнитодиэлектрики, от 5 кГц до нескольких сотен килогерц – сплавы. Сплавы типа пермаллоев и перминваров выгодно отличаются от сталей. Их коэрцитивная сила обычно не превышает 20…24 А / м при индукции до 1,5 Тл. Аморфные магнитные сплавы отличаются отсутствием кристаллической решетки, поэтому по сравнению с кристаллическими сплавами они обладают лучшими показателями по прочности, твердости и коррозионной стойкости. Ленты из аморфных магнитомягких сплавов имеют высокие значения проницаемости, удельного электрического сопротивления и низкую коэрцитивную силу. Потери мощности на гистерезис и вихревые токи у них в 3…5 раз меньше по сравнению с лучшими кристаллическими сплавами. Из ферритов для использования в качестве магнитопровода трансформаторов в составе ИВЭП наибольшее распространение получили марганец-цинковые и никель-цинковые. Первые, по сравнению со вторыми имеют более высокое значение точки Кюри и, следовательно, допускают больший перегрев.

Уровень суммарных потерь для каждого типа сердечника ограничен допустимой температурой его нагрева, при которой минимальное время наработки составляет не менее 50.000 ч. В табл. 1 указаны суммарные потери мощности и значения индукции в сердечниках из феррита 2000 НМ.

Таблица 1

Марка сердечника	Рабочие частоты, кГц, для индукции, Гс	Мощность потерь, Вт
К7 x 4 x 2				0,35
К10 x 6 x 3				0,66
К16 x 10 x 4,5				1,72
К20 x 12 x 6				2,32
К28 x 16 x 9
К40 x 25 x 11				10,6

4.2. Особенности обеспечения теплового режима микроэлектронных источников вторичного электропитания

Микроэлектронные источники вторичного электропитания, в большинстве случаев, изготавливают на основе открытых (бескорпусных) гибридных микросборок [4]. Так как в них могут быть использованы любые бескорпусные элементы, можно разрабатывать гибридные сборки, работающие в широком интервале частот, напряжений и токов, сохранив при этом низкую стоимость даже при изготовлении небольших партий. Защита бескорпусных микросборок от внешних воздействий обеспечивается в составе ячеек, блоков и даже устройств.

Достоинства гибридных микросборок, заключающиеся в сравнительной простоте технологии легкости обеспечения функционального разнообразия, способности рассеивать значительные мощности, лучших условиях отвода тепла по сравнению с интегральными из-за более развитой поверхности, позволяют им занимать главное место в ИВЭП.

При проектировании любой микросхемы снижение мощности потерь способствует уменьшению объема. При этом расчет тепловой напряженности элементов приобретает особое значение, так как допустимый перегрев становится наиболее объективным критерием оценки надежности и долговечности прибора. Условия отвода теплоты от микросхемы могут быть различными и, как правило, зависят от конструкции прибора. В герметизированных конструкциях эффективным способом отвода теплоты является установка микросхемы на металлической поверхности ячейки или корпуса прибора.

Рис. 3

Рис. 4

В качестве исходных предложений для теплового расчета такой конструкции можно принять условие отвода тепла от микросхемы только через корпус прибора в окружающую среду (рис. 3). В таком случае для расчета установившегося теплового режима удобно воспользоваться методом электротепловой аналогии. Составляется эквивалентная тепловая модель прибора, где элементы, по которым передается теплота, заменяются тепловыми сопротивлениями. Затем тепловая модель (рис. 4) расчленяется на отдельные участки. Границы, между которыми предполагаются изотермическими, что значительно упрощает расчет при небольшом снижении точности.

На рис. 3 показана конструкция мощной микросборки на теплопроводящей поверхности ячейки, а на рис. 4 ее тепловая модель.

Соотношение между тепловым потоком Δ Р, тепловым сопротивлением R _t и разностью температур Δ Т определяется законом эквивалентным закону Ома. Для каждого участка тепловой цепи

то есть перегрев Δ Т элементов схемы по отношению к подложке – это функция мощности рассеяния Δ Р данного элемента и теплового сопротивления R _t на участке элемент – подложка.

Таким образом, тепловое сопротивление прибора на участке переход – корпус или переход – окружающая среда (º С /Вт рассеиваемой мощности) является параметром, характеризующим теплопередающие свойства соответствующих участков конструкции.

Зная размеры и физические характеристики конструкции источника вторичного электропитания, производим определение тепловых сопротивлений. Если считать, что вся теплота передается в окружающую среду только за счет теплопроводности и энергия излучения равна нулю, то формула для определения теплового сопротивления имеет вид

где δ – длина теплового потока, определяемая как среднее расстояние между входными и выходными сечениями участка конструкции; λ – коэффициент теплопроводности материала участка; S _ср – средняя площадь сечения теплового потока. Ряд значений λ (Вт/м·К) для наиболее распространенных материалов представлено в табл. 4.

Средняя площадь сечения теплового потока по сплошному однородному телу

где S ₁ – площадь входного сечения; S ₁ – площадь выходного сечения.

Если имеют место несколько входов и один общий выход, то необходимо суммировать входную площадь, а расчет вести по средней площади.

Известно, что увеличение размера теплоотвода более двух диаметров источника тепла (рис. 5) не приводит к эффективному снижению теплового сопротивления. Такая же зависимость имеет место и по отношению к толщине теплоотвода, что необходимо учитывать при выборе подложки и размещении на ней источников тепла.

Для конструкции, представляющей собой подложку микросборки с расположенными на ней кристаллами полупроводниковых приборов (рис. 3,4), расчет тепловых сопротивлений всех участков целесообразно выполнять для двух вариантов.

Вначале рассматривается вариант, когда микросборка не установлена на металлическую поверхность, а теплота отводится непосредственно в окружающую среду. Для такого расчета исходными данными являются размеры кристалла полупроводникового прибора, толщина и материал кристаллодержателя, подложки и связующих веществ (клея, припоя). Подставляя геометрические размеры участков конструкции и значения коэффициентов теплопроводности материала соответствующего участка в (8), находят тепловые сопротивления.

Рис. 5

Тепловое сопротивление участка подложка – окружающая среда определяется по формуле

где α – коэффициент теплоотдачи; S _Т – площадь теплового контакта подложки.

Тепловое сопротивление кристалл – окружающая среда определяется как усредненная сумма тепловых сопротивлений участков для каждого из элементов микросхемы и теплового сопротивления участка крепления подложки к поверхности несущей конструкции:

где m – число кристаллов.

Далее расчет проводится для варианта, когда микросборка установлена на теплопроводящую поверхность. В этом случае к ранее рассчитанным тепловым сопротивлениям добавляются тепловые сопротивления участков подложка – клей, клей – ячейка и ячейка – окружающая среда.

Для определения мощности, которую рассеивает микросборка, достаточно воспользоваться (7), в которой Δ Т равно разности между допустимой рабочей температурой элементов Т _доп и температурой окружающей среды Т _окр; R _tΣ представляет собой суммарное тепловое сопротивление кристалл – окружающая среда.

4.3 Особенности обеспечения теплового режима источников вторичного электропитания персональных ЭВМ

Источники вторичного электропитания персональных ЭВМ рассчитаны на входное напряжение однофазного переменного тока общепромышленной сети. Потребляемая ПЭВМ мощность колеблется от 65 до 250 Вт. Так как для различных системных модулей компьютера требуются различные питающие напряжения, то источники электропитания для них выполняются многоканальными. Для каждого канала устанавливаются максимальный и минимальный выходные токи, которые определяются диапазоном стабилизации выходных напряжений.

К источникам электропитания персональных компьютеров предъявляют особые требования по обеспечению заданного теплового режима, так как блок питания располагаемый, как правило, в корпусе компьютера оказывает существенное влияние на тепловые режимы таких теплочувствительных элементов, как микропроцессор ОЗУ, ПЗУ и др. Для того чтобы блок питания оказывал меньше теплового воздействия на теплочувствительные элементы ПЭВМ разработчики стремятся уменьшить потери и увеличить КПД источника вторичного электропитания. Достигается это применением импульсных преобразователей напряжения. На заданный тепловой режим ИВЭП существенное влияние оказывает стремление разработчиков унифицировать их габаритно-установочные размеры и параметры. Это стремление обусловлено тем, что источники электропитания ПЭВМ отечественного и зарубежного производства конструируются обычно с учетом взаимозаменяемости. В табл. 2 приведены для сравнения некоторые параметры ИВЭП, которые оказывают наибольшее влияние на обеспечение тепловых режимов блоков электропитания[1].

Таблица 2

Параметры источников вторичного электропитания

профессиональных ПЭВМ

Тип (модель)	Фирма-изготовитель (страна)	Число выход-ных каналов	Суммарная выходная мощность, Вт	Объем, дм3	Удельный паказа-тель, Вт/ дм3
Mini-Lite	Lite-One			1,5	133,3
MTS-telecomm	Todd Product			1,86 1,86	86,0 134,4
XL 350	CEI			2,57	136,2
	Power components			3,07	71,7
DFS 2500	Bicor			2,99	73,6
MFS-110	Computer- Product			1,46	75,3
МИП125-220AC/300 СО51122	РФ			1,34	93,3
МИВЭП 3-2	РФ			1,86	107,5
МЭП225 МЕ-27 С/052122	РФ			1,79	125,6

Из таблицы видно, что удельные показатели по выходной мощности на единицу объема могут различаться почти в два раза. Такое существенное различие обусловлено условиями эксплуатации (уровнями климатических воздействий) и наличии сервисных функций.

Плотная компоновка ИВЭП приводит к повышению рабочей температуры, снижению допустимых воздействий, надежности и ремонтопригодности. Поэтому чрезмерно завышенный удельный показатель выходной мощности на единицу объема может являться признаком слишком плотной компоновки.

4.4 Особенности обеспечения теплового режима высоковольтных источников вторичного электропитания

Высоковольтные источники вторичного электропитания применяют для питания передающих устройств, индикаторных устройств (электронно-лучевых трубок), рентгеновских установок и т. д. Одним из наиболее теплонагруженных элементов высоковольтных источников электропитания является высоковольтный трансформатор.

Температурный режим высоковольтных трансформаторов в значительной степени определяется толщиной электрической изоляции, которая в свою очередь зависит от рабочего напряжения. Тепловой поток от обмоток проходит через изоляцию и далее передается от поверхности от поверхности катушки охлаждающему воздуху непосредственно и через магнитопровод. Поскольку толщина изоляции различна со стороны боковой и внутренней поверхности и с торцов высоковольтной катушки, то тепловые потоки через различные поверхности не равны между собой. Значения этих потоков обратно пропорциональны тепловым сопротивлениям и прямо пропорциональны разности температур между наружной поверхностью и температурой внутри катушки.

При упрощенном анализе температурного режима высоковольтного трансформатора катушку представляют в виде однородного тела с эквивалентной (усредненной) теплопроводностью. Предполагают также, что через торцевую и внутренние поверхности катушки плотность теплового потока на 30…40% меньше, чем через боковую поверхность. Поэтому при оценке поверхности теплоотдачи катушки П _к площади торцевых и внутренних поверхностей уменьшают на 30…40%. Разность между температурой максимальной t _max и температурой наружной поверхности катушки t _нар можно оценить из соотношения [1]

где P _k – мощность тепловых потерь в катушке, Вт; Δ_k – половина толщины обмотки с литой изоляцией, см; П _k – площадь поверхности катушки с учетом снижения торцевых и внутренних поверхностей, см²; λ_k – эквивалентная теплопроводность катушки, Вт/(см·°С).

После операции пропитки принимают λ_k = (2…3)·10^-3 Вт/(см·°С). Если проведена последующая заливка, то λ_k = (1,6…2,4)·10^-3 Вт/(см·°С). При проведении анализа теплового режима следует учитывать, что пропитка катушки уменьшает ее перегрев на 15…20%, а последующее нанесение литой изоляции увеличивает температуру катушки на 15…20%. Толщина заливки определяется конфигурацией катушки, зависящей от рабочего напряжения.

Таблица 3

Частотные характеристики ферритов

Параметр	3500НМС1	2500НМС1	2500НМ1	1500НМ1	1100НМ	200НН
Время задержки потока, нс
Рекомен-дуемая рабочая частота, кГц

Отсюда можно сделать вывод, что для различных значений рабочего напряжения (при неизменной мощности трансформатора) различны площади поверхности катушки и коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи.

В табл. 3 приведены рекомендуемые значения частоты преобразования инверторов ИВЭП для различных марок феррита.

5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА МОДУЛЕЙ ИСТОЧНИКОВ ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

5.1. Ориентировочный выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования

Применение на ранней стадии проектирования ориентировочного выбора способа охлаждения обусловлено тем, что модули, из которых состоит источник питания, представляют собой сложную систему тел с множеством внутренних источников теплоты. Точное аналитическое описание температурных полей внутри каждого модуля, и блока питания в целом, невозможно из-за громоздкости задачи и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов, размеров границ.

Рис. 6

Выбор способа охлаждения источника вторичного электропитания на ранней стадии проектирования можно производить с помощью графиков, представленных на рисунке рис.6, где показаны области целесообразного применения различных способов охлаждения [1,2].

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается значение плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

где Р – суммарная мощность, рассеиваемая источником вторичного электропитания с поверхности теплообмена; Кр – коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении Кр = 1); Sn – поверхность теплообмена источника питания:

К3 – коэффициент заполнения ИВЭП:

Vi – объем i- го компонента ИВЭП; n – число компонентов в ИВЭП; V – объем, занимаемый ИВЭП; L1, L2, L3 – размеры корпуса ИВЭП.

Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев компонентов в ИВЭП

где Тi min – допустимая температура поверхности наименее теплостойкого компонента; Tc – температура окружающей среды.

Для естественного охлаждения Tc = Tc max, то есть соответствует максимальной температуре окружающей среды. Для принудительного охлаждения Tc = Tвх, то есть соответствует температуре охлаждающего воздуха (или охлаждающей жидкости) на входе в ИВЭП.

На рис. 6 приведены области целесообразного применения различных способов охлаждения в координатах Δ Тс, lq q. Различают два типа областей: области, в которых можно рекомендовать применение определенного способа охлаждения, и области, в которых с примерно одинаковым успехом можно применять два или три способа охлаждения. Области первого типа не заштрихованы и относятся к следующим способам охлаждения: 1 – естественное воздушное; 3 – принудительное воздушное; 5 – принудительное жидкостное; 9 – принудительное испарительное.

Области второго типа заштрихованы: 2 – возможно применение естественного и принудительного воздушного охлаждения; 4 – возможно применение принудительного воздушного и жидкостного охлаждения; 6 – возможно применение принудительного жидкостного и естественного испарительного охлаждения; 7 – возможно применение принудительного жидкостного, принудительного и естественного испарительного охлаждения; 8 – возможно применение естественного и принудительного испарительного охлаждения.

Целью приближенного расчета является определение температур нагретой зоны и поверхности компонентов; знание температур необходимо также для оценки надежности ИВЭП.

Следует отметить, что выбор системы охлаждения не сводится только к определению области охлаждения, необходимо также учитывать техническую возможность осуществления данного способа охлаждения ИВЭП, то есть массу, объем, потребляемую мощность.

Для РЭС, охлаждаемых воздухом, тепловой режим изучен наиболее полно. Для подобного способа охлаждения можно оценить вероятность, с которой выбранная система охлаждения позволит обеспечить заданный тепловой режим.

5.2. Расчет теплового режима блока источника электропитания при естественном конвективном теплообмене

При данном виде теплообмена, тепловой режим ИВЭП зависит от многих факторов[9]. Связь между перегревом нагретой зоны и влияющими факторами представляют в следующем виде:

где θз – перегрев нагретой зоны относительно температуры окружающей среды, а каждый коэффициент Кi зависит от одного параметра, влияющего на величину θз. Величина искомого перегрева нагретой зоны ИВЭП, различной конструкции (например источник электропитания в герметичном или перфорированном корпусе), определяется удельной мощностью нагретой зоны и коэффициентом перфорации(при отсутств