Выполнил студент группы 142-об(1): Сазонов Владислав Игоревич.
Научный руководитель: Старший преподаватель кафедры АППиЭ - Карпова Татьяна Викторовна.
В данном докладе рассматриваются причины температурного перегрева РЭА, которые приводят к ненадёжной работе устройств, а также к их отказам. Разработчики в ходе исследований рекомендуют изготавливать корпус устройства с запасом свободной площади и габаритов с целью увеличения теплового потока, а также уменьшения теплового сопротивления. В данном докладе рассматриваются факторы влияния "внутренней" и внешней температуры на надёжность РЭА и способы уменьшения перегрева электронных компонентов аппаратуры.
Почему электронные устройства нагреваются?
Как правило, основой причиной является воздействие электрического тока на само устройство. Нагрев отдельного электронного компонента происходит под воздействием нескольких факторов. Например, из-за сопротивления между полупроводниковым кристаллом и корпусом прибора, либо между охладителем и окружающей средой.
Как же отвести тепло и стабилизировать устройство, чтобы оно не перегревалось?
Самый простой и дешёвый способ отвода тепла от устройства -- это воздушное охлаждение за счёт теплоотводов и вентиляторов. Однако, из-за малой стоимости, это решение не лишено недостатков, таких как тепловое сопротивление и уровень шума. Опять же, принудительное или естественное охлаждение не всегда возможно использовать для конструкций с защитой от пыли и влажности, а также для не разборных корпусов.
Как вариант, чтобы улучшить естественную конвекцию воздуха, можно сделать перфорацию корпуса (рис. 1.), либо использовать конструкцию с двойным корпусом (рис. 2.).
Рис. 1
Рис.2
Почему минимизация габаритов РЭА пользуется всё большим спросом?
Спрос на устройства меньшего размера становится выше, поэтому разработчики РЭА стараются создавать корпус с учётом теплопроводящих материалов, перфорации и с принудительным охлаждением, добавляя модуль температурного баланса для теплоотвода потоков вне корпуса.
Также, заметна тенденция о специальных, открытых и закрытых шкафах с принудительной вентиляцией. Например, конструкция шкафа для РЭА (Рис. 3.).
Рис. 3. Схематическое изображение шкафа а с нумерованными ссылками на его наполнение
Шкаф содержит корпус 1, разделённый на стойки, в которых размещается аппаратура 2 малой мощности и аппаратура 3 большой мощности. Приточный вентилятор 7 через испаритель 4 холодильной машины соединён с входом стойки с аппаратурой 2, а выход стойки с аппаратурой 3 через конденсатор 6 холодильной машины соединён с вытяжным вентилятором 8. Стойки с аппаратурой 2 и аппаратурой 3 сообщаются между собой посредством отверстий 5 в перегородке 9. На рисунке 4 показан вид современного шкафа для обеспечения нормального температурного режима РЭА.
Рис. 4. Вид современного шкафа для обеспечения нормального температурного режима РЭА
Какой же по итогу инженерный способ решения перегрева электронных компонентов?
Как в шкафа с большим количеством РЭА, так и в частных случаях часто встаёт дилемма о решении конструкторской задачи: улучшение теплообмена при увеличении размеров оборудования или применение специальных решений для охлаждения. А также нужно обратить внимание на системы охлаждения, применяемые в кулерах-диспенсерах, кулерах-электровентиляторах и вентиляторах для микропроцессорного оборудования, в частности компьютерной технике. На рисунке 5 представлен локальный охладитель размером 40х40мм - термоэлектрический преобразователь элемент Пельтье ТЕС1-12706.
Рис. 5. Внешний вид элемента Пельтье TEC1-12706
Ещё один вариант принудительного охлаждения электронных компонентов и модулей - жидкостный. На рис. 6. Представлена жидкостная система охлаждения производителя LIAN LI Galahad AIO UNI FAN SL Edition 360.
Рис. 6
На примере охлаждения для внутренних компонент РЭА и корпусов представлена необслуживаемая система жидкостного охлаждения с тремя вентиляторами с диаметром 120 мм и высотой 25 мм. Размер радиатора 397.5×123.5×27 мм, размер жидкостного блока 87.1×74×62 мм. Скорость вращения вентиляторов 800-1900 об/мин при уровне шума соответственно 20-31 дБ обеспечивает воздействие на охлаждаемый компонент воздушного потока в 58.54 CFM. Конфигурация «кулер + радиатор» известна пользователям стационарных компьютеров. Термопаста и термопрокладки между чипами и радиатором используются для эффективного теплоотведения. По тому же принципу с нагнетанием воздуха, но без водяного охлаждения и, соответственно, с радиатором другой формы, функционируют кулеры для охлаждения сокетов микропроцессорной техники. Но особенно важно обеспечить надлежащий уровень температурного режима с помощью принудительного охлаждения в электрических шкафах управления, где размещается дорогостоящее оборудование в ограниченном пространстве.
