Степень черноты различных поверхностей

Материал	ε
Алюминий полированный	0,05
Алюминий окисленный	0,25
Алюминий грубополированный	0,18
Алюминиевая фольга	0,09
Асбестовый картон	0,96
Бронза полированная	0,16
Бумага	0,92
Вольфрам	0,05
Графит	0,75
Дюралюминий (Д16)	0,39
Железо полированное	0,26
Золото	0,10
Ковар	0,82
Краски эмалевые	0,92
Лак	0,88
Латунь полированная	0,03
Латунь прокатанная	0,20
Медь полированная	0,02
Медь окисленная	0,65
Муар	0,90
Масляные краски	0,92
Никель полированный	0,08
Олово (луженое кровельное железо)	0,08
Платина	0,10
Резина твердая	0,95
Резина мягкая	0,86
Серебро полированное	0,05
Сталь никелированная	0,11
Сталь окисленная	0,80
Стальное литье	0,54
Саиса	0,96
Стекло	0,92
Силумин	0,25
Титан	0,63
Фарфор	0,92
Хром полированный	0,10
Цинк	0,25
Щелак черный матовый	0,91

для ламинарного режима

Т

(45)

аблица 6

Т (46)еплофизические параметры сухого воздуха

при давлении 101,3 · 10³ Па

tm, °C	λm, x 10², ВТ/(м·К)	Vm, x106 м²/с	Pr	P, кг/м³
- 50	2,04	9,23	0,728	1,584
- 20	2,28	12,97	0,716	1,390
0	2,44	13,28	0,707	1,295
10	2,51	14,16	0,705	1,247
20	2,60	15,06	0,703	1,205
30	2,68	16,00	0,701	1,165
40	2,76	16,96	0,699	1,128
50	2,83	17,95	0,698	1,093
60	2,90	18,97	0,696	1,090
70	2,97	20,02	0,694	1,029
80	3,05	21,09	0,692	1,000
90	3,13	22,10	0,690	0,972
100	3,21	23,13	0,688	0,946
120	3,34	25,45	0,686	0,898

для турбулентного режима

где λ_m– теплопроводность газа, для воздуха значение можно выбрать из табл. 6;N_i– коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:

8. Определяем тепловую проводимость σ_кмежду поверхностью корпуса и

окружающей средой:

г

(47)

деS_н,S_в,S_б– площади нижней, верхней и боковой поверхностей корпуса блока соответственно;

S_н=S_в=L₁·L₂;S_б= 2L₃(L₁+L₂).

Для более эффективного отвода тепла, часто применяют блоки ИВЭП с оребренными поверхностями. Если перед конструктором ставится задача провести тепловой расчет для такого типа блока вторичного электропитания, то ему необходимо дополнительно определить эффективный коэффициент теплообмена α_{эф i}оребреннойi-й поверхности, который зависит от конструкции ребер и перегрева корпуса относительно окружающей среды. Определяется α_{эф i}так же, как при расчете радиаторов (см. расчет радиаторов, п. 5.5).

После определения эффективного коэффициента теплообмена α_{эф i}, переходят к расчету тепловой проводимости всего корпусаσ_к, которая состоит из суммы проводимостей не оребреннойσ_{к 0}и оребреннойσ_{к р}поверхностей:

гдеσ_{к 0}рассчитывается по формуле (47), но без учета оребренной поверхности;

гдеS_pi– площадь основания оребренной поверхности;N_i– коэффициент, учитывающий ориентацию этой поверхности.

9

(48)

. Рассчитываем перегрев корпуса блока ИВЭП во втором приближенииθ_к0:

гдеК_КП – коэффициент зависящий от перфорации корпуса блокаК_П;К_Н1 – коэффициент учитывающий атмосферное давление окружающей среды.

График, по которому можно определить коэффициент К_Н1, изображен на рис. 9, а коэффициент К_КП на рис. 14.

Коэффициент перфорации определяется по (11) – (13), и по графику изображенному на рис. 8.

1

(49)

0. Определяем ошибку расчета:

Е

(50)

сли δ ≤ 0,1, то расчет можно считать законченным. В противном случае следует повторить расчет температуры корпуса блока вторичного электропитания для другого значенияθ_к, скорректированного в сторонуθ_{к 0}.

11. Рассчитываем температуру корпуса блока:

На этом первый этап расчета теплового режима блока ИВЭП окончен.

Рис. 14

Этап 2. Определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны.

1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность q_знагретой зоны блока по формуле (19).

2. Из графика на рис. 7 находим в первом приближении перегрев нагретой зоны θ_зотносительно температуры, окружающей блок среды.

3. Определяем коэффициенты теплообмена излучением между нижними α_злн, верхними α_злви боковыми α_злбповерхностями нагретой зоны и корпусом:

г

(51)

деε_{П i}– приведенная степень чернотыi-й поверхности нагретой зоны и корпуса:

ε _зi иS_зi– степень черноты и площадьi-й поверхности нагретой зоны.

Рис. 15

4. Для определяющей температуры t_m= (t_k+t₀+θ_з)/2 и определяющего размераh_iнаходим число ГрасгофаGr_hiи ПрандтляPr(формула (43) и табл. 6).

5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности;

для нижней поверхности

д

(52)

ля верхней поверхности

для боковой поверхности

6

(53)

. Определяем тепловую проводимость σ_зкмежду нагретой зоной и корпусом:

г

(54)

деК_σ– коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен:

σ – удельная тепловая приводимость от модулей к корпусу блока, зависит от усилий прижима к корпусу (рис. 15); при отсутствии прижима σ = 240 ВТ/(м²·К);S_λ– площадь контакта рамки модуля с корпусом блока.

Таблица 7

Теплофизические свойства материалов

Материал	Коэффициент теплопроводности, λ, ВТ/(м·К)
Алюминий	208
Бронза	64
Латунь	85,8
Медь	390
Сталь	45,5
Асбестовая ткань	0,169
Асбест листовой	0,116
Слюда	0,583
Пластмасса полихлорвиниловая	0,443
Фторопласт – 4	0,25
Полистирол	0,09…0,14
Эбонит	0,163
Стеклотекстолит	0,24…0,34
Стекло	0,74
Фарфор	0,834
Картон	0,231
АЛ – 9	151
АЛ – 2	175
АМЦ	188
Пенопласт ПВХ – 2	0,04
Пенополиуретан ЭПЭ	0,06

7

(55)

. Рассчитываем нагрев нагретой зоныθ_з0во втором приближении:

гдеK_w– определяем по графику изображенному на рис. 11;K_н2– определяем по графику (рис. 10).

8

(56)

. Определяем ошибку расчета

Если δ < 0,1, то расчет окончен. При δ ≥ 0,1 следует повторить расчет для скорректированного значенияθ_з.

9

(57)

. Рассчитываем температуру нагретой зоны

Этап 3. Расчет температуры поверхности компонента, входящего в состав схемы ИВЭП

Приведем последовательность расчета, необходимого для определения температуры корпуса компонента установленного в модуле первого уровня разукрупнения.

1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности модуля, в котором расположен компонент, например микросхема, для следующих вариантов:

при отсутствии теплопроводных шин λ_экв= λ_П, где λ_П– теплопроводность материала основания платы;

п

(58)

ри наличии теплопроводных шин

г

(59)

де λ_ш– теплопроводность материала теплопроводной шины;V_П– объем печатной платы с учетом объема теплопроводных шин;V_ш– объем теплопроводных шин на печатной плате;A– поверхностный коэффициент заполнения платы модуля теплопроводными шинами:

гдеS_ш– суммарная площадь, занимаемая теплопроводными шинами на печатной плате.

В табл. 7 приведены теплофизические параметры некоторых материалов.

2. Определяем эквивалентный радиус корпуса микросхемы:

г

(60)

(61)

деS_{o ИМС}– площадь основания микросхемы.

3. Рассчитываем коэффициент распространения теплового потока:

где α₁и α₂– коэффициенты теплообмена с первой и второй сторон печатной платы; для естественного теплообмена

δ_П– толщина печатной платы модуля.

4

. Определяем искомый перегрев поверхности корпуса микросхемы:

г

деВиМ– условные величины, введенные для упрощения формы записи: при одностороннем расположении корпусов микросхем на печатной платеВ= 8,5πR²ВТ/К,М= 2; при двустороннем расположении корпусовВ= 0,М= 1;К– эмпирический коэффициент: для корпусов микросхемы, центр которых отстоит от торцов печатной платы на расстоянии менее 3R,К= 1,14; для корпусов микросхем, центр которых отстоит от торцов печатной платы на расстоянии более 3R,К= 1;К_α– коэффициент теплоотдачи от корпусов микросхем определяется по графику изображенному на рис. 16;К₁иК₀– модифицированные функции Бесселя;N – числоi-х корпусов микросхем, расположенных на расстоянии не более 10/m, то естьr_i≤ 10m; Δt_в– среднеобъемный перегрев воздуха в блоке:

Q_{имс i} – мощность, рассеиваемаяi-й микросхемой;S_{имс i} – суммарная площадь поверхностиi-й микросхемы;δ_{з i}– зазор между микросхемой и платой;λ_{з i}– коэффициент теплопроводности материала, заполняющего этот зазор.

Рис. 16

5

(63)

. Определяем температуру поверхности корпуса микросхемы:

Приведенный выше алгоритм расчета температуры микросхемы можно применять для любого другого дискретного компонента, входящего в состав блока вторичного электропитания. В этом случае дискретный компонент можно считать подобно микросхеме с локальным источником теплоты на пластине, и ввести соответствующие значения геометрических параметров в уравнения (60) – (63).