ВВЕДЕНИЕ

 

     Для выхода нашей станы из экономического кризиса  необходимо

повышение темпов и эффективности развития экономики на базе

уско-

рения научно-технического прогресса, техническое перевооружение

и

реконструкция производства , интенсивное использование

созданного

производственного потенциала,  совершенствование системы

управле-

ния, хозяйственного  механизма  и достижение на этой основе даль-

нейшего подъема благосостояния народа. Исходя из этого

необходимо

на основе проведения единой технической политики во всех

отраслях

народного хозяйства ускорить техническое  перевооружение  произ-

водства, широко  внедрять  прогрессивную  технику  и  технологию,

обеспечивающие повышение производительности труда и качество

про-

дукции. Необходимо  обеспечить создание и выпуск новых видов

при-

боров и радиоэлектронной аппаратуры, основанных на широком

приме-

нении микроэлектроники.

     В настоящее время этап развития микроэлектроники  и  аппара-

тостроения на  ее  основе  можно назвать этапом интегральных схем

(ИС).

     Интегральные схемы, являясь основной элементной базой микро-

электроники, позволяют реализовать подавляющее большинство 

функ-

ций радиоаппаратуры.

     Микрокомпоненты, применяемые совместно  с  ИС,  должны 

быть

совместимыми с ними по конструкции, технологии и уровню

надежнос-

ти. В некоторых случаях оправдано применение гибридных

интеграль-

ных схем (ГИС). Это объясняется следующими обстоятельствами:

     Технология ГИС проста и требует меньших, чем полупроводнико-

вая технология затрат на оборудование и помещения.

     Технологию ГИС  можно  рассматривать  как  перспективную  по

сравнению с   существующей  технологией  многослойного 

печатного

монтажа.

     Пассивную часть ГИС изготавливают на отдельной подложке, что

позволяет достигать высокого качества пассивных элементов при

не-

обходимости создавать прецизионные ГИС.

     Основной проблемой при создании микроэлектронной 

аппаратуры

(МЭА) является выбор конструкции, а также:

     - обеспечение теплового режима;

     - обеспечение надежности;

     - обеспечение компоновки и соединений;

     - снижение стоимости МЭА.

 

 

     При проектировании конкретного образца МЭА должны

учитывать-

ся:

     - назначение и область применения  МЭА;

     - заданные электрические характеристики;

     - условия  эксплуатации,  определяющие  степень  воздействия

внешней среды;

     - требования  к конструкции (надежность,  ремонтопригодность,

масса, габариты, тепловые режимы);

     - технико-экономические характеристики (стоимость, техноло-

гичность изготовления).

     Основным средством  миниатюризации устройств является их

ин-

тегральное исполнение.  В силовых устройствах интеграция - это  в

первую очередь объединение бескорпусных силовых

полупроводниковых

приборов в общем корпусе. Примером такого силового устройства

яв-

ляется разрабатываемый  силовой  микромодуль вторичного

источника

питания.

     Наряду с ГИС применяются малогабаритные сборки, состоящие из

силовых транзисторов и диодов.

     В основу  проектирования силового микромодуля заложены сов-

ременные тенденции конструирования ВИП на  базе 

микроэлектронной

технологии их изготовления.

.

                   АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

 

     Анализируя задание на дипломное проектирование,  видно,  что

модуль используется как составная часть изделия. Наличие при экс-

плуатации изделия влажности до 93%  требует предусмотреть защиту

радиоэлементов и печатных плат путем герметизации модуля, а

также

пропиткой и заливкой.  Так в частности трансформатор преобразова-

теля заливается  .  Герметизация  модуля обеспечивается с помощью

резиновой прокладки по периметру между крышкой и корпусом.

Наибо-

лее сложным  вопросом  является обеспечение нормального

теплового

режима при эксплуатации в диапазоне температур  - 40-60я5o я0С.

     Основное влияние  температуры будет сказываться на радиоэле-

менты и особенно верхний предел температуры +60я5oя0 С. С этой 

целью

выбор элементной базы произведен исключительно по техническим

ус-

ловиям и ГОСТам,  что исключает ошибки в выборе элементной 

базы.

Все выбранные  радиоэлементы  обеспечивают предельные

температуры

эксплуатации. Такой режим достигается благодаря особенности

конс-

трукции. Особенность заключается в том, что большинство

теплонаг-

руженных элементов имеют хороший тепловой контакт на корпус

моду-

ля. Так,  например,  трансформатор  преобразователя  находится  в

гнезде корпуса.  Корпус выполнен из материала Д16, обладающим

хо-

рошей теплопроводностью, а для большего уменьшения теплового

соп-

ротивления, там где это необходимо,  применяется 

теплопроводящая

паста КНТ-8.  Все  это позволяет спроектировать модуль в заданных

габаритах.

     Механические нагрузки на модуль довольно значительные,  т.к.

он эксплуатируется в изделии устанавливаемом на подвижных

объек-

тах Однако,  вся конструкция модуля и его элементов отвечают тре-

бованиям вибро- и ударной устойчивости, заданной в ТЗ.

     Исходя из  вышеизложенного,  можно  утверждать,  что  модуль

обеспечит заданную надежность P(t)=0,9 при t=5000.  Проведенный

в

дальнейшем расчет  надежности  должен показать правильность

выб-

ранной элементной базы и самой конструкции  модуля.  При 

меньшем

расчетном значении  надежности  потребуется  пересмотр

элементной

базы вариантов и способов охлаждения и возможно всей 

конструкции

модуля.

     Так, применение   бескорпусных    транзисторов    2Т3642Б-2,

2Т376Б1-2, 2Т397А-2  и  др.,  а также пленочных резисторов R1-12,

особое значение  приобретает  полная  и  тщательная  герметизация

всего корпуса.

 

 

 

                   НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ

 

     Проблема создания экономичных,  надежных, малогабаритных

ис-

точников электрической энергии для питания современных

радоэлект-

ронных устройств становится все более актуальной.

     Этой проблемой заняты специалисты всех стран мира

     Большое внимание уделяется и повышению КПД вторичных

источни-

ков питания, т.к. количество их возрастает вместе с теми устройс-

твами, где  они используются.  Одновременно растут требования и к

стабильности питающей напряжения РЭА.

     Поэтому правильный  выбор схемы блока питания играет

большую

роль в получении высокого КПД.

     С этой  целью была выбрана схема микромодуля питания с широ-

ко-импульсной модуляцией.

     Блок питания  обеспечивает стабилизацию выходного

напряжения

с одновременной фильтрацией низкочастотных составляющих 

входного

напряжения.

     Входное напряжение может изменяться от 20 до 30 В,  а выход-

ное напряжение  при  всех  дестабилизирующих  факторах

(изменение

входного напряжения, температуры окружающей среды, тока

нагрузки)

изменяется в пределах 25я7+я01,25 В.

     В основу регулирования заложен стабилизированный  преобразо-

ватель с  широтно-импульсной  модуляцией.  Микромодуль

включает в

себя входной  фильтр,  схему  управления,  промежуточный  каскад,

трансформаторный преобразователь, выпрямитель, выходной

сглажива-

ющий фильтр.  Входной фильтр состоит из конденсаторов 

Ся418я0...Ся424,

дросселя Др1  и обеспечивает подавление пульсаций рабочей

частоты

преобразователя, а также обеспечивает непрохождение ВЧ 

пульсаций

бортсети в выходную цепь.

     Микромодуль состоит из двух силовых токовых ключей на  тран-

зисторах Тя413я0,Тя414я0,Тя417я0...Тя426я0   и   транзисторов 

Тя415я0,Тя416я0,Тя427я0...Тя436,

трансформатора Тр2.  Резисторы Rя446я0,Rя447я0,Rя448я0,Rя449я0

обеспечивают необ-

ходимый режим токовых ключей.

     Микромодуль осуществляет необходимую трансформацию

напряжения

и при  необходимости может произвести гальваническую развязку

вы-

ходного напряжения.

     Выпрямление переменного  прямоугольного  напряжения

осущест-

вляется диодами VDя412я0...VDя419я0,  включенных по схеме со

средней точ-

 

кой вторичной обмотки трансформатора. Диоды VDя420я0,VDя421

я0и конденса-

тор Ся441я0 позволяют получить требуемую форму выходного 

выпрямлен-

ного напряжения в момент переключения диодов выпрямителя.

     Сглаживающий выходной фильтр состоит из двух

последовательно

включенных Г-образных LC-фильтров. Первый фильтр состоит из

нако-

пительного дросселяя4 я0Дря43я0 и конденсаторов

Ся442я0...Ся451я0,  второй  -  из

дросселя Дря44 я0и конденсаторов Ся452я0...Ся457я0.  Первый

фильтр производит

преобразование широтно-модулированных импульсов в постоянное

нап-

ряжение. Второй  фильтр является фильтром подавления

радиопомех и

обеспечивает получение заданных пульсаций выходного

напряжения.

     Схема управления  выполнена по гибридно-пленочной

технологии

и включает в себя задающий генератор  (ЗГ)  на  инверторах 

Уя41.1я0,

Уя41.2я0,я4 я0Уя41.3я0 и элементах Rя49я0,я4  я0Rя410я0,я4

я0Cя46я0; генератор короткихя4 я0импульсов

на Уя42.1я0,я4 я0Уя41.4я0,я4 я0Уя42.2я0; генератор пилы на

элементах VTя46я0, Rя416я0, Cя412я0;

ШИМ-модулятор на  усилителе постоянного тока (УПТ) Уя416я0; 

раздели-

тель каналов на триггере Уя43.1я0;  два (по числу  каналов) 

выходных

каскадая4 я0на Уя42.3я0, VTя47я0, VTя48я0, Rя417я0,я4

я0Rя418я0,я4 я0Rя419я0,я4 я0Rя424я0,я4 я0Rя422я0,я4 я0Cя48я0,я4

я0Cя49 я0- пер-

вый канал;  Уя42.4я0,я4  я0Tя49я0,я4  я0Tя410я0,я4  я0Rя420я0,я4

я0Rя425я0,я4 я0Rя421я0, Rя423я0,я4 я0Rя427я0,я4 я0Cя410я0,я4

я0Cя411я0 -

второй канал;  узел  защиты  от  короткого  замыкания  в нагрузке

(Уя43.2я0, Уя47.1я0,я4 я0Уя47.2я0,я4 я0Уя48.1я0,я4 я0Уя48.2я0,я4

я0Rя428я0,я4 я0Rя429я0,я4 я0Rя430я0,я4 я0Rя432я0,я4 я0Rя433я0,я4

я0Rя436я0,я4 я0Rя437я0,

VDя48я0,я4 я0VDя49я0,я4 я0Cя415я0,я4 я0Cя417я0) и

вспомогательные цепи питания схемы управле-

ния.

     Первый линейный  стабилизатор параметрического типа осущест-

вляет питание логических элементов Уя41я0,я4 я0Уя42я0,я4

я0Уя43я0.

     Второй линейный стабилизатор параметрического типа

обеспечи-

вает питанием +12 В и +6 В УПТ (Уя46я0).

     Дополнительно в схему управления входит узел гашения,  обес-

печивающий сброс магнитной энергии  промежуточного 

усилительного

каскада и тем самым позволяющий получить требуемую форму

выходных

импульсов этого каскада.

     Промежуточный усилительный  каскад выходных сигналов по

току

схемы управления и согласование по уровню. Он включает в себя

ак-

тивные элементыя4 я0VTя411я0,я4  я0VTя412я0,я4 я0трансформатор

Тр1 с вторичной обмот-

кой.

     Схема работает  следующим  образом:  при повышении выходного

напряжения на вход УПТ через резистивный делитель Rя450я0,я4

я0Rя434я0,я4 я0Rя435я0 и

Rя431я0 поступает повышенное напряжение. Пилообразное

напряжение, на-

ложенное на постоянное напряжение делителя,  сравнивается с

опор-

ным. На выходе УПТ образуются импульсы,  более узкие чем это

было

было до этого момента. В каждом канале суженные импульсы

проходят

 

на выход промежуточного каскада, а с него поступают на вход токо-

вых ключей. Токовые ключи меньшее время будут находиться в

откры-

том состоянии.  На накопительный фильтр поступают более узкие

им-

пульсы. Накопительный фильтр производит сглаживание  по 

среднему

значению, поэтому  выходное  напряжение  начинает  уменьшаться 

и

стремится к своему нормальному значению.

.

                 Обоснование и выбор конструкции

                     микроблока питания РЭА

 

     Микроблок является принципиально новым видом

конструктивного

исполнения микроэлектронной аппаратуры  повышенной 

надежности  и

высокого уровня  интеграции,  перспективным  направлением в

конс-

труировании РЭА различного назначения,  являющимся 

дальнейшим  и

более гибким развитием методов гибридной микроэлектроники.

     Анализ радиоаппаратуры показал,  что вторичные источники пи-

тания в  большинстве  случаев  создаются  на дискретных корпусных

элементах, в то время как остальная аппаратурная  часть  строится

на интегральной элементной базе.

     Результатом такого подхода явилось то,  что  объем  и  масса

вторичных источников  питания  составляет до 40-50% 

аппаратурной

части РЭА.

     Во многих случаях эти проблемы вызваны несовершенством

конс-

трукции вторичных источников питания и устройств, отводящих от

них

тепло. Эти  причины  сдерживают  внедрение  интегральных

методов

проектирования силовых устройств и дальнейшее уменьшение их 

масс

и габаритов.  Общеизвестно, что объемные конструкции блоков

пита-

ния обладают значительным температурным сопротивлением от их 

ис-

точника до  его стока.  Кроме того корпусные активные и пассивные

элементы схемы также обладают  большим  тепловым 

сопротивлением,

что в  свою  очередь  требует  дополнительного  увеличения объема

конструкции и охлаждающей поверхности.

     Тепловой поток  от источника тепла до его стока определяется

из выражения:

                             tя41я0 - tя42

                         Q = ДДДДя4ДДДя0 ,

                              я7Sя0 Rя4т

   где Q  - тепловой поток;

       tя41я0 - допустимая  рабочая температура элементов схемы по

ТУ;

       tя42я0 - температура окружающей среды;

      я7Sя0 Rя4тя0-  суммарное  тепловое сопротивление от

источника тепла

             до его стока.

 

                      Rя4тя0 = Rя4iтя0 + Rя4тся0 + Rя4тт

.

 

    Тепловое сопротивление конструкции определяется из

выражения:

                                l

                          Rя4тя0 = ДДДД ,

                               я7lя0 S

 

     где l - расстояние от источника тепла до его стока;

         я7lя0 - теплопроводность;

         S - окружающая поверхность;

 

     Из выражения видно,  что конструкция силового модуля должна

обладать:

     кратчайшим расстоянием от источника тепла до его стока

(l должно быть минимальным);

     максимальной площадью  окружающей поверхности (S должно

быть

максимальным);

     материал теплоотвода  должен обладать максимальной теплопро-

водностью (я7lя0 должно быть максимальным).

     Наиболее полно  этим  требованиям отвечает конструкция изде-

лия, которая обладает:

     - максимальной площадью поверхности при одновременном

умень-

шении ее объема;

     - применением  активных элементов с малым тепловым

сопротив-

лением, т.е. необходимо применить бескорпусные элементы;

     - применением  конструкции  малокорпусных  или  бескорпусных

пассивных элементов (трансформаторы, дроссели);

     - применением алюминия,  меди, окиси бериллия, керамики 22ХС

и им подобных материалов.

     Кроме того,  такие конструкции обладают минимальной материа-

лоемкостью, максимальной простотой монтажа,  улучшенными

электри-

ческими параметрами.

.

 

                      КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

 

                   ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МИКРОМОДУЛЯ

 

     Конструкторско-технологическая проблема миниатюризации

сило-

вых устройств  заключается  в необходимости создавать и применять

специальные бескорпусные полупроводниковые приборы  и 

микросхемы,

специальные намоточные  детали  и  особые методы

конструирования,

обеспечивающие плотную упаковку элементов и низкое внутренне 

те-

пловое сопротивление конструкции.

     На дюралюминиевой  подложке  МСБ (lя43я0=4 мм,  190х130;я7

я7lя0= 170 Вт/м град) расположены дроссели диаметром 36 мм,

мощностью

2,8 Вт;  диоды диаметром 14 мм и мощностью 1,6 Вт каждый;  транс-

форматор диаметром 55 мм, мощностью 1,85 Вт; 10 транзисторов

диа-

метром 10  мм;  мощностью  по 0,83 Вт каждый,  крепятся на медной

пластине размером 55х67х2,7 мм.

     Применение бескорпусных приборов позволяет  уменьшить 

объем

конструкции и  довести  его  до  величины  полностью определяемой

энергетическими соотношениями и условиями охлаждения.

     В нашем  случае  мы рассматриваем тепловой расчет микроузла,

который позволяет нам определить картину температурного поля 

ГИС

с помощью расчета тепловых режимов и взаимовлияния элементов.

     Примем условные обозначения:

     Wя4iя0     - удельная мощность рассеивания элемента, Вт/смя52я0;

     Wя4i maxя0 - максимальная удельная мощность рассеивания 

элемен-

              та, Вт/смя52я0;

     я7DQя0     - допустимая абсолютная погрешность перегрева,

я5oя0С;

     я7lя0      - теплопроводность подложки, Вт/м - град;

     lя43я0     - толщина подложки, нм;

     Rя4kя0     - контактное тепловое сопротивление, мя52я0 град/Вт;

     Zя4oя0     - эквивалентный радиус тепла, мм;

     rя4oя0     - эквивалентный радиус источника тепла, мм;

     Pя4iя0     - мощность источника тепла, Вт;

     Sя4iя0     - площадь поверхности источника, ммя52я0;

.

              РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ТЕПЛА

 

     Экивалентный радиус подложки

 

                           Zя4oя0= 90 мм;

 

     Эквивалентный радиус источника тепла rя4oя0=7 мм;

     Критериальную величину рассчитываем по формуле:

                 я7|\\\\\\\\\

        я7|\\\    /я0 1я77я0Zя4oя52

     j=я7?я0 Bя4iя7 я0=я7  /я0 ДДДДДДДДД     ;

              я7?я0   Rя4kя77l7я0lя4з

 

 

             я7|\\\\\\\\\\\\\\\

            я7/ я01я77я0(9я77я010я5-2я0)я52

     j =  я7 /я0 ДДДДДДДДДДДДДДДД  = 3,5; где Rя4kя0 = 10я5-3я0,

          я7?я0   4я77я010я5-3я77я0170я77я010я5-3

 

     Bя4iя0 - критерий Био;

     j  - критериальная величина.

 

     Для нахождения  критерияя7  fя0  необходимо определить

отношение

r/Zя4oя0.

 

     Определяем функцию  я7fя0(r/Zя4o,jя0) по таблице;

 

                        Y(r/Zя4o,jя0)=0,5064

 

     При r=rя4oя0  определяем  тепловой коэффициент F(rя4oя0); 

отношение

r/Zя4o,jя0= 0,7/9,0=0,078

 

                                1

                       F(rя4oя0)= ДДДДД Y(r/Zя4oя0,r/Zя4o,jя0)

                              2lя43я77l

 

                       F(rя4oя0) = 0,37 град/Вт

 

     Температура в точке r=rя4oя0 составляет

 

 

                       t(rя4oя0)я77я0tя4cя0 = Pя77я0F(rя4oя0)

 

                       t(rя4oя0) =  70,6 град

 

     tя4cя0 принимается равной tя5oя0 устройства и равно 70я5oя0.

     Рассчитываем коэффициент F(r/Zя4oя0) для следующих точек:

 

                       r/Zя4oя0=0,2;0,3;0,6;1.

 

     Из таблиц находим функцию Y для этих точек:

 

                  Y(0,2)=0,228   Y(0,6)=0,0376

                   Y(0,3)=0,136   Y(1)=0,0158

 

     Тепловые коэффициенты равны:

 

                   F(0,2)=0,17     F(0,3)=0,10

                   F(0,6)=0,03     F(1,0)=0,012

 

     Перегревы в этих точках составляют:

 

                   я7Qя0(0,2)=0,27я7   Qя0(0,6)=0,048

                   я7Qя0(0,3)=0,16я7   Qя0(1,0)=0,02

 

     Вокруг каждого  источника  делаем  окантовку  - зону влияния

элементов.

 

              2.1.2 РАСЧЕТ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

 

     Для каждого i-того источника тепла рассчитывается влияние на

близлежащие к  центру  этого источника точки y-х элементов схемы,

которые хотя бы частично заключены в области прямоугольника

i-то-

го элемента.

     Температура любой точки поверхности  основания  определяется

по формуле:

         Kя4iя77я0Wя4iя7 {

     я7Qя4iя0= Дя4Дя0ДДДя7 2 eя0(qя41я0rя41я0) + Signя7

я0qя42я77eя0(qя42я0rя41я0) + Sign rя42я77eя0(qя41я0rя42я0) +

               я7[ я4        я7             я4   я7 }

                 + Sign qя42я77я0Sign rя42я77eя0(qя42я0rя42я0)я72

                                          я7]

 

 

     qя41я0 = я7dя41я5'я0 + іxя4oя0ія7       я0rя41я0 = я7dя42я0' +

іyя4oя0і

 

     qя42я0 = я7dя42я0' -я7 я0іxя4oя0ія7     я4 я7 я0rя42я0 = я7dя42я0' -

іyя4oя0і

 

     qя4oя0 = min {qя41я0r}            max {qя41я0r}

                           K = ДДДДДДДДДД ,

                                  qя4c

 

 

               я7Dя01 я7             Dя02

     где  я7dя41я5'я0= ДДД    и  я7dя42я0'= ДДДД

               lя43              я0lя43

 

     я7Dя01 я7 я0ия7  Dя02  - размеры источника тепла;

     Кя4кя0  - коэффициент качества конструкции;

         lя43

     Кя4кя0= ДД .

         я7l

 

     Xя4oя0, Yя4oя0 - безразмерные координаты точки,  в которой

определяется

перегрев в системе координат,  центр которой совпадает с  центром

i-того элемента, а оси /1-6/ сторонам i-того элемента;

 

     xя4oя0 = xя4oя0 / lя4 3

     я7eя0(qя41я0r) = я7eя41я0(qя4oя0) - я7eя42я0(qя4oя0k)

     я7eя41я0(qя4oя0)я7 я0ия7  eя42я0(qя4oя0k) даны в таблице.

 

     Определим перегревя7  Qя41-2я0  в ближайшей тоске влияния

дросселя

(элемента 2) на транзистор (элемент 1).

 

                я7dя41я5'я0 = 27,5 / 4я7          я0хя4оя0 = 4,75

                я7dя42я0' = 33,5 / 4я4          я0уя4оя0 = 0

                qя41я0 = 11,65       я7     я4 я7 я0rя41я0 = 8,4

                qя42я0 = 2,15      я7     я0  я4 я7 я0rя42я0 = 8,4

 

 

                Кя41я0 = 1,4              я4  я0Кя43я0 = 1,4

                Кя42 я0= 4,0               я4 я0Кя44я0 = 4,0

 

 

 

     я7eя0 (qя41я0;rя41я0) = 1

     я7eя0 (qя42я0;rя42я0) = 0,9726

     я7eя0 (qя41я0;rя42я0) = 1

     я7eя0 (qя42я0;rя42я0) = 0,9726

 

 

     я7Qя41-2я0 = 0,197

 

     Перегрев в ближайшей точке влияния дросселя (элемент  2)  на

диод (элемент 3)

 

     я7Qя43-2я0=0,00003

 

     Для остальных элементов:

 

     Диод (элемент 3)я7              Qя41-3я0 = 6я77я010я5-3я0   на

транзистор

     Стабилитрон (элемент 5)я7       Qя41-5я0 = 6я77я010я5-3я0   

(элемент 1)

 

     Транзистор (элемент 1)я7        Qя42-1я0 = 3я77я010я5-4я0     на

дроссель

     Диод (элемент 3)я7              Qя42-3я0 = 6,63я77я010я5-2я0 

(элемент 2)

     Трансформатор (элемент 4)я7     Qя42-4я0 = 4я77я010я5-4

     Стабилитрон (элемент 5)я7       Qя42-5я0 = 3я77я010я5-6

 

     Транзистор (элемент 1)я7        Qя43-1я0 = 0          на диод

     Трансформатор (элемент 4)я7     Qя43-4я0 = 1,6я77я010я5-2я0  

(элемент 3)

 

     Дроссель (элемент 2)я7          Qя44-2я0 = 7я77я010я5-6я0    на

трансформа-

     Стабилитрон (элемент 5)я7       Qя44-5я0 = 1,47я77я010я5-3я0 

тор (эл. 4)

 

     Транзистор (элемент 1)я7        Qя45-1я0 = 7,8я77я010я5-5я0    на

     Дроссель (элемент 2)я7          Qя45-2я0 = 7я77я010я5-4я0    

стабилитрон

     Диод (элемент 3)я7              Qя0 я45-3я0 = 4,44я77я010я5-2я0  

(элемент 5)

     Трансформатор (элемент 4)я7     Qя0 я45-4я0 = 4,44я77я010я5-2

 

.

 

                РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ

 

     Определяем безразмерные параметры элементов схемы:

 

           min(я7Dя0 1i,я7Dя0 2i)       я4 я0    max(я7Dя01 i,я7Dя0 2i)

     qя4oiя0= ДДДДДДДДДДДД    и    Kя4iя0= ДДДДДДДДДДДД

              lя43я0                   min(я7Dя0 1i,я7Dя0 2i)

 

     Удельная мощность рассеивания элементов равна

 

                          Wя4iя0 = Pя4i я0/ Sя4i

 

     Перегрев элементов под действием рассеиваемой мощности:

 

                       я7Qя0 я4iя0 =я4 я0Kя4kя77я0Wя4iя77eя0 (qя4oiя0,k)

 

     Собственный перегрев состоит из перегрева элемента и  перег-

рева клея

                         я7Qя0 я4niя0 = я7 Qя0 я4iя7 я0+ я7Qя0 я4кл

 

     Для транзисторов:   qя4оя0 я4тя0=6,875я4   я0Kя4тя0=1,2

 

     Для трансформатора:я4 я0qя4оя0 я4тря0=6,875я4  я0Kя4тря0=1,0

 

     Для диода:я4         я0 qя4оя0 я4дя0=1,75я4    я0Kя4дя0=1,0

 

     Для дросселя:я4      я0 qя4оя0 я4дря0=4,5я4  я0  Kя4дря0=1,0

 

 

 

       я7eя0 я41я0(qя4оя0 я4тя0)=0,9999я4  я0  я4 я0  я7eя0

я41я0(qя4оя0 я4дря0)=0,99930

 

       я7eя0 я42я0(qя4оя0 я4тря0)=0,999952я4  я0  я7eя0 я41я0(qя4оя0

я4дя0)=0,86863

 

       я7eя42я0(qя4оя0 я4тя0 Kя4тя0) = 0я4   я0    я7eя42я0(qя4оя0

я4дря0 Kя4дря0)=0,0008

 

       я7eя42я0(qя4оя0 я4тря0 Kя4тя0) = 4,5я4  я0  я7eя42я0(qя4оя0

я4дя0 Kя4дя0)=0,05077

 

 

 

       Kя4kя0 = 0,22я77я010я5-4я0 мя52я0 град/Вт

 

       Wя4тя5 я0=я5 я00,224я5 я0Вт/смя52

       Wя4дря0=я5 я00,28я5 я0 Вт/смя52

       Wя4тря0=я5 я00,08я5 я0 Вт/смя52

       Wя4тя5 я0=я5 я01,02  Вт/смя52

 

      Перегрев элемента под действием рассеиваемой мощности:

 

                          я7Qя4тя0 = 0,5я77я010я5-5

                          я7Qя4дря0= 0,6я77я010я5-5

                          я7Qя4тря0=я5 я00,176я77я010я5-5

                          я7Qя4дя0 =я5 я02,2я77я010я5-5

 

     Собственный перегрев элемента:

 

                         я7Qя4н тя0 = 0,20955

                         я7Qя4н тря0= 0,60002

                         я7Qя4н дя0 = 2,12602

                         я7Qя4н дря0= 8,4006

 

 

 

 

          2.1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ

 

     Полный перегрев  элемента равен сумме собственного перегрева

и перегревов, вызванных влиянием остальных элементов схемы.

     Температура элементов с учетом влияния других элементов сос-

тавит:

 

                         tя4iя0 = tя4oc я0+ я7Qя4ni

 

   tя41я0=70,46я5oя0C, tя42я0=78,50я5oя0C, tя43я0=72,14я5oя0C,

tя44я0=72,14я5oя0C,я4 я0tя45я0=70,80я5oя0C

.

 

яш1

     Температура элементов                   таблица

ї

іИсточникі       Элемент, на который влияет                    і

івлияния

ґ

і        і     1    і    2     і я7  я0  3    і    4    і     5    і

ґ

і   1    і 0,20     ія5 я00,3я77я010я5-3я0 і    -     і    -   

і0,156я77я010я5-3я0і

і   2    і 0,197    і 8,40  я7  я0 і 0,3я77я010я5-4я0 і

0,7я77я010я5-4я0і0,14я77я010я5-2я7 я0і

і   3    і 0,006    і 0,076    і 2,126    і 0,016   і0,0888    і

і   4    і  -       і 0,4я77я010я5-3я0 і 0,016    і 2,126   і0,8888    і

і   5    і 0,6 10я5-3я0 і 0,3я77я010я5-5я0 і 0,1я77я010я5-5я0 і

0,1я77я010я5-5я0і0,60      і

ґ

і Итого  і 0,457    і 8,477    і 2,142    і 2,142   і 0,779    і
яш0

 

.

              КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

 

     Материалы, используемые  в  качестве  оснований для печатных

плат (ПП),  должны обладать совокупностью определенных свойств.

К

их числу  относятся высокие электроизоляционные свойства,  доста-

точная механическая прочность и др.  Все эти свойства должны быть

стабильными при воздействии агрессивных сред и изменяющихся

усло-

вий. Кроме того,  материал платы должен обладать хорошей

сцепляе-

мостью с токопроводящим покрытием, минимальным короблением

в про-

цессе производства и эксплуатации.  Если платы изготавливаются из

листового материала,  то  последний  должен допускать возможность

обработки резанием и штамповкой.

     В качестве  материала  ПП используем листовой фольгированный

материал - стеклотекстолит фольгированный   марки     СФ 2-50-2,0

ГОСТ 10316-70.

     Выбор данного материала объясняется назначением и  условиями

работы микромодуля.  Печатные  платы  из  стеклотекстолита имеют

нужную устойчивость к механическим,  вибрационным, 

климатическим

воздействиям по сравнению с платами из гетинакса. 

Физико-механи-

ческие и электрические свойства сведены в таблицу

 

                                                   Таблица 2

          Физико-механические свойства стеклотекстолита

ї

і             Показатели                              і  СФ-2   і

ґ

і1.Плотность с фольгой, г/смя52я0                         і 1,9-2,9 і

і2.Предел прочности на растяжение, кг/смя52я0             і  2000   і

і3.Удельное поверхностное электрическое сопротивление,і 

10я510я0   і

і                                                 Ом  і         і

і4.Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте    і   0,07  і

і                                               10я56я0Гц і         і

і5.Диэлектрическая проницаемость                      і    6    і
 

 

     Размеры плат  не  рекомендуется  брать  более 240х360 мм при

обычных и 120х180 мм при малогабаритных деталях.  Это  связано  с

тем, что  при  больших габаритных размерах ПП увеличивается

длина

печатного проводника, чем снижается его прочность, снижается

сила

 

сцепления печатного  проводника  с  изоляционным материалом, 

что

требуется затем дополнительное сцепление путем предусмотрения

до-

полнителных контактных площадок и отверстий. Из-за этого

увеличи-

ваются паразитные связи,  что неблагоприятно сказывается на пара-

метры устройства (помехи,  пульсации, паразитные связи, наводки и

т.д.). Одновременно  снижается  механическая  жесткость  печатной

платы.

     Для устранения этого эффекта рекомендуется  и  целесообразно

более квадратная и прямоугольная форма (рекомендуемое

соотношение

сторон по ОСТ4 ГО.070.011 - 1:1; 1:2; 2:3; 2:5).

     Платы всех  размеров  рекомендуется  выполнять  с плотностью

монтажа, соответствующей классу А.  К этому классу относятся пла-

ты, у  которых ширина проводников и расстояние между ними в

узких

местах находятся в пределах 0,5-0,6 мм.

     Принимается площадь всех элементов 80,6 смя52я0,  а

коэффициенты

плотности монтажа равным 0,7,  получаем максимальную площадь 

пе-

чатной платы равной 116 смя52я0.

     Исходя из особенностей конструкции блока,  а именно: ограни-

чение размеров в целях достижения наименьших габаритов

микромоду-

ля, печатная плата модуля имеет размеры и форму,  изображенную на

рисунке

 

                      я_Форма и размеры платы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

     Зная габариты платы, можно перейти к компоновке элементов на

ПП с  учетом необходимых зазоров между элементами и

рационального

их размещения, для снижения паразитных связей и наводок.

     Выбираем шаг   координатной  сетки  1,25  мм  согласно  ГОСТ

20317-62 и отраслевого стандарта ОСТ 4.ГО.070.011.

     Центры монтажных  и переходных отверстий расположены в

узлах

координатной сетки.

.

                   РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ МИКРОМОДУЛЯ.

 

     Надежность - свойство изделия сохранять свои параметры в за-

данных пределах  и в заданных условиях эксплуатации в течение оп-

ределенного промежутка времени.

     Общую надежность   можно  принимать  как  совокупность  трех

свойств: безотказность, восстанавливаемость, долговечность.

     Безотказность -  свойство системы непрерывно сохранять рабо-

тоспособность в течение заданного времени в определенных

условиях

эксплуатации. Она  характеризуется закономерностями

возникновения

отказов.

     Восстанавливаемость -  это приспособленность системы к обна-

ружению и устранению отказов с учетом качества технического

обслу-

живания. Она характеризуется закономерностями устранения

отказов.

     Долговечность - свойство системы длительно сохранять работо-

способность в определенных условиях. Количественно

характеризуется

продолжительностью периода практического использования

системы от

начала эксплуатации до момента технической и экономической

целесо-

образности дальнейшей эксплуатации.

     Методы повышения надежности в зависимости от области их

при-

менения можно разделить на три основные группы:

произ