Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Рис. 7.2. Конструкция ячеек питания типа ЯП1:

/ - плата управления: 2, S - задний и передний разъемы


На рис. 7.1,6 дан вид сверху блока БП045 с изображением соединительных проводов, представляющих собой короткие перемычки.

Следующим шагом по совершенствованию конструкции ВПН можно считать разработку, описанную в [119], где вся силовая часть размещается на одной многослойной шинной плате, а управление - на второй обычной печатной плате (рис. 7.2). Здесь применены новые силовые элементы: транзисторы и диоды в микросборках с плоскими корпусами (см. § 6.1), трансформатор и дроссель на плоских ферритовых сердечниках гребенчатого вида (см. § 6.2).

На рис. 7.3 показан принцип размещения основных силовых элементов преобразователя из плоских микросборок (VT1; VD1,2) и электромагнитных узлов (Тр1, Др1). Применяемые электролитические конденсаторы (С1, С2), как правило, имеют цилиндрическую форму. Более приемлемыми для подобных конструкций являются конденсаторы прямоугольной формы, например, типа К-53-28.

Для обеспечения коротких связей между силовой платой и платой управления автором предложено такое размещение узлов платы управления, при котором входные и выходные узлы схемы управления размещаются вблизи разъема платы. Ответная часть разъема платы управления перемычками соединяется с передним входным разъемом ВПН и с входными цепями силовой платы (с базами силовых транзисторов инвертора). Задний разъем ВПН используется для передачи выходного низковольтного стабилизированного напряжения к потребителям.



Рис. 7.3. Шинный монтаж преобразователя:

а - электрическая схема силовой части; б - конструкция. Цифрами обозначено: / - теп-лосъемная поверхность; 2 - шины; 3 - радиатор; 4 - ребра радиатора


mnгwгт\гnnгwпг\nnl

Тенденция разработки плоских конструкций ВПН с шириной передней панели 20-40 мм объясняется, с одной стороны, необходимостью унификации каркасов для основных устройств РЭА - потребителей электроэнергии, выполненных на микросхемах, к для ВПН, а с другой стороны, необходимостью уменьшения числа связей, выполняемых проводами, между модулями. Для этой цели подходящим вариантом становится конструкция ВПН, состоящего из одной платы.

Рассмотрим возможность размещения всех элементов, включая элементы маломощного управления, на общей плате, аналогичной приведенной на рис. 7.3,6. Микросхемы и дискретные элементы управления предлагается при этом собирать в отдельные функционально законченные узлы с размерами по высоте, близкими к высоте силовых элементов. Такой подход сравнительно просто решает также задачу применения жидкостного охлаждения, более эффективного по сравнению с принудительным воздушным. При этом предлагаемые маломощные узлы устанавливаются на теплосъемиое основание, прижимаемое к промежуточной плите (которая также служит шинной и крепежной) либо непосредственно к плите, через которую пропускается охлаждающая жидкость.

Многослойные шины не только повышают технологичность ВПН, но и позволяют успешно решать проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Размещение всех элементов и узлов на одной плате значительно упрощает машинное проектирование ВПН, что снижает затраты на этапе конструирования. 136



Тепловые режимы и конструирование

При описанном подходе к конструированию ВПН уже в настоящее время можно проектировать высокотехнологичные устройства рассматриваемого класса с воздушным и жидкостным охлаждением при ширине передней панели около 20 мм.

Несмотря на более высокую эффективность жидкостного охлаждения, воздушное охлаждение из соображений надежности и снижения стоимости было и остается все же более предпочтительным.

Вопросам охлаждения различных электро- и радиоэлементов воздухом естественным и принудительным образом посвящено большое число работ. В [120] приведена простая инженерная методика расчета воздушных теплоотводов для силовых элементов. В данной работе для получения плоских конструкций полупроводниковых силовых элементов решается также задача выбора числа параллельно включаемых полупроводниковых приборов, минимизирующих их суммарный объем с учетом теплоотводящей конструкции.

При выводе расчетных соотношений были приняты следующие допущения:

1) процесс теплообмена стационарный;

2) теплофизические свойства материала теплоотвода не зависят от температуры;

3) мощность, рассеиваемая с боковой поверхности корпуса полупроводникового прибора, не учитывается, так как ее величина незначительна по сравнению с мощностью, рассеиваемой теп-лоотводом.

При вынужденной конвекции связь между мощностью, рассеиваемой теплоотводом (радиатором), и его габаритными размерами, может быть выражена следующим образом:

Atp e = CwPn/KHiKLFocH, (7.1)

где Atp c - (радиатор - среда) перегрев теплоотвода относительно окружающей среды; Р„ - мощность, рассеиваемая группой приборов; FocH - площадь основания теплоотвода; Cw, Khi, Kl - коэффициенты, определяемые по выражениям:

Cw = 4,65-10-3 (7.2)

Кн1 = 0,25+ 0,037 HI, (7.3)

Kl = 5,26L-o.38, (7.4)

W - скорость потока воздуха, м/с; HI - высота ребра теплоотвода, мм; L - длина теплоотвода, мм.

В свою очередь, перегрев теплоотвода Atpc находится из известного выражения

А tpc = tjjgp - А tuep-h ~ А t„ p - tc, (7.5)

где tnep - допустимая температура р-п перехода; tnep-к - разность температур р-п перехода и корпуса прибора; А1к-р- (кор-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53