Для предварительного выбора способа охлаждения можно использовать следующую методику выбора системы охлаждения.[10]
На рисунке 3 представлены два типа областей: не заштрихованный - можно рекомендовать применение какого-либо одного способа охлаждения (1 - свободное воздушное, 3 - принудительное воздушное, 5 - принудительное испарительное); заштрихованный - возможно применение двух или трёх способов охлаждения (2 - свободное и принудительное воздушное, 4 - принудительное воздушное и жидкостное, 6 - принудительное жидкостное и свободное испарительное, 7 - принудительное жидкостное, принудительное и свободное испарительное, 8 - свободное принудительное и свободное испарительное, 9 - свободное и принудительное испарительное).
Рисунок 3 - Области целесообразного использования различных способов охлаждения.
Тепловой режим ячейки состоит из температур всех элементов, установленных на ней.
Диапазон рабочих температур составляет от -40ºС до 65ºС.
Тсреды= +50°С – максимальная возможная температура среды;
Тмах=+75°С – наименьшая из предельных (максимальных) температур всех ЭРЭ (температура работы микросхем N74F393D)
Мощность, рассеиваемая на всех элементах ячейке Q= 30,654 Вт.
Площадь условной поверхности охлаждения нагретой зоны определяется по формуле:
где L1, L2 и Н – линейные размеры нагретой зоны. L1, L2 – принимаются равными размерам печатной платы, так как все элементы рассеивающие мощность находятся на ней.
Н - определяется высотой элементов и толщиной печатной платы, разъёмы исключены из расчёта и Н = 3,4мм;
К - коэффициент плотности компоновки,
При расчёте для функциональных ячеек К = 1. Размеры печатной платы стандарта 6U составляют: 240 мм х 150 мм.
Sз =2[L1 * L2 +( L1 + L3) * H *K = 2 *[240*160 + (240 + 160)*11,6 + 1,5)*1] = 77246 мм2= 0,077347 м2
Удельная мощность нагретой зоны вычисляется по формуле:
.
Допустимый перегрев, определяется температурой окружающей среды и минимальной предельной рабочей температурой и рассчитывается по формуле:
;
.
Находя точку пересечения двух значений на диаграмме, определяется способ охлаждения.
Рисунок 4 - Выбор способа охлаждения для данного случая
На диаграмме точка попала в зону 2, где возможно как свободное воздушное, так принудительное воздушное. Ячейка устанавливается в блок, а блок устанавливается в шкаф с продувом воздуха, при этом ей будет присуще принудительное воздушное охлаждение.
Расчет и анализ надежности.
Прогноз безотказности ЭРЭ иностранного производства выполнен по методу анализа нагрузок на элементы. В основе метода лежат так называемые коэффициентные модели, когда базовая интенсивность отказов для каждой группы изделий дополняется коэффициентами, учитывающими особенности режимов и условий работы элементов [24].
В общем случае интенсивность отказов зависит от следующих факторов:
- Электрического режима работы элементов
- Температуры окружающей среды
- Влажности
- Давления
- Вибрационных воздействий
- Механических ударов
- Линейных ускорений
- Воздействий биологических факторов
- Радиации и т.д.
Тогда интенсивность отказов рассчитывается по формуле [19], [24]:
- номинальная интенсивность отказов элементов;
К 
...К 
- поправочные коэффициенты общие для всей конструкции;
К 
- учитывает вибрацию;
К 
- учитывает ударные нагрузки;
К 
- учитывает влияние влажности;
К 
- учитывает влияние атмосферного давления;
- коэффициент режима.
КЭ - коэффициент эксплуатации, был выбран в пункте 1.5.2 и равен КЭ=2,0.
В связи со спецификой данного оборудования коэффициенты К ...К не учитываются, так как на ходу данная аппаратура не работает, шкаф и кабина имеют систему кондиционирования воздуха и поддержания температуры.
Тогда интенсивность отказов изделия определяется по формуле [19]:
,
где k – количество элементов на плате.
Коэффициент режима Кр определяется по таблице [19] для каждого из элементов с помощью коэффициента нагрузки КН, который в худшем случае равен КН=0,5. Пайка и разъемы имеют КН=1.
Промежуточные результаты расчетов сведены в таблицу 7:
| Тип элемента | Обозначение элементов на схеме | Число элементов Ni ,шт | λ0 *10-6, 1/ч | КР | N* КР* λ0*(10-6), 1/ч |
| 530КП11 | D1,D2,D3,D8,D88…D91,D93,D94 | 13 | 0,024 | 1 | 0,312 |
| 1533КП11 | D4,D16,D3,D5,D7,D9 | 6 | 0,0036 | 1 | 0,0216 |
| 1804ВУ4 | D6,D8,D10 | 3 | 0,00467 | 1 | 0,011675 |
| 1533ТМ2 | D7 | 1 | 0,048 | 1 | 0,024 |
| 530ЛИ3 | D8,D28,D29,D36,D52 | 5 | 0,086 | 1 | 0,172 |
| 530ЛА1 | D9 | 1 | 0,006 | 1 | 0,003 |
| 530ЛН1 | D10 | 1 | 0,08 | 1 | 0,08 |
| 530ИД7 | D15,D20,D21,D22,D7, D9 | 6 | 0,037 | 1 | 0,0185 |
| 530ТМ9 | D17,D18,D19,D31,D34 | 5 | 0,0236 | 1 | 0,0118 |
| 530ЛЕ1 | D23,D26 | 2 | 0,03 | 1 | 0,0185 |
| 530ТМ2 | D26 | 1 | 0,08 | 1 | 0,24 |
| 585АП16 | D31,D33 | 2 | 0,0236 | 1 | 0,0236 |
| 585АП26 | D32,D34,D69,D70…D76 | 10 | 0,0309 | 1 | 0,04635 |
| 530ЛА3 | D35,D43,D62,D62 | 4 | 0,082 | 1 | 0,123 |
| 533ЛЛ1 | D37 | 1 | 0,0236 | 1 | 0,0118 |
| 1533ИР24 | D38…D41,D44….D47 | 8 | 0,0309 | 1 | 0,01545 |
| 1533ИР37 | D42,D49,D53,D55 | 4 | 0,0315 | 1 | 0,01825 |
| 533ЛП8 | D48,D49,D50 | 2 | 0,0054 | 1 | 0,0027 |
| 1533ЛИ1 | D51 | 1 | 0,316 | 1 | 0,32 |
| 5861РР1Т | D57…D60,D77…D80 | 1 | 0,0606 | 1 | 0,0303 |
| 1533КП11 | D86 | 8 | 0,0024 | 1 | 0,0336 |
| 249КП4АТ | D56 | 1 | 0,006 | 1 | 0,011675 |
| Б18-11 | D96…D103 | 8 | 0,02 | 1 | 0,024 |
| К53-18-16 В-10 мкФ±20 %-В | C1,C2 | 2 | 0,03 | 0,52 | 0,056576 |
| К10-17а-Н90-0,68 мкФ-В | C3…C22 | 20 | 9,7E-05 | 0,59 | 0,000887 |
| Вилка СНП58-72/104х14В-21-1-В | X1,X2 | 2 | 0,32 | 1 | 0,64 |
| Контакт контрольный АИСТ.745423.003 | XN1…XN28 | 28 | 0,0024 | 1 | 0,0672 |
| Суммарная интенсивность отказов | 2,523976 | ||||
Итоговая интенсивность отказов с учётом коэффициента эксплуатации:
Средняя наработка на отказ определяется по формуле:
;
Вероятность безотказной работы для времени, заданного в техническом задании равна:
Сравнение результаты расчета поверочного и уточненного, показывают что используемые элементы в облегченном электрическом режиме повышает надежность устройства в целом. Так как вероятность безотказной работы значительно превышает заданную, то устройство не требует дополнительного резервирования.
Дата: 2019-11-01, просмотров: 222.
