Ім'я файлу: Проектування РЕЗ, Цуканов-Капітульський Андрій, гр. 550м2.docx
Розширення: docx
Розмір: 220кб.
Дата: 17.11.2022
скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

«Харківський авіаційний інститут»
Факультет радіоелектроніки, комп’ютерних систем та інфокомунікацій
Кафедра радіоелектронних та біомедичних комп'ютеризованих засобів

і технологій
РЕФЕРАТ
з дисципліни «Проектування радіоелектронних засобів»

на тему: «Системи охолодження радіоелектронної апаратури»


Виконав: студент 1 курсу групи № 550м/2

напряму підготовки (спеціальності)

172 – Телекомунікації та радіотехніка

(шифр і назва напряму підготовки (спеціальності))
Цуканов-Капітульський А.Г.

(прізвище й ініціали студента)



Прийняв: к.т.н. доцент Олійник В.М.

(посада, науковий ступінь, прізвище й ініціали)
Національна шкала: __________

Кількість балів: _____

Оцінка: ECTS _____

Харків – 2022

ВСТУП



У радіоелектронній апаратурі лише кілька відсотків енергії, що підводиться від джерела живлення, витрачається на корисну обробку сигналів. Решта енергії виділяється у вигляді теплової енергії. Температурний режим елементів радіоелектронної апаратури є одним із основних чинників, що обмежують зменшення габаритів корпусу радіоелектронної апаратури. Ряд радіоелектронних вузлів вимагає відведення додаткового тепла (охолодження), що призводить до збільшення ваги та габаритів виробу.

Перенесення теплової енергії з однієї частини радіоелектронної апаратури в іншу або навколишнє середовище називається теплообміном. Температурний стан (просторово-часовий розподіл температури всередині корпусу апаратури) називається тепловим режимом.

Перенесення теплової енергії може протікати за рахунок явища теплопровідності, конвекції та випромінювання. У реальній апаратурі всі три способи перенесення тепла працюють одночасно і тепловий режим РЕА визначається всіма трьома явищами одночасно.
ЗМІСТ
ВСТУП……………………………………………………………………………..2

1 КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ РЕА…………………...........4

1.1 Пасивне охолодження………………………………………………….4

1.2 Примусове повітряне охолодження…………………………………...5

1.3 Рідинне охолодження…………………………………………………..6

1.4 Теплові трубки………………………………………………………….7

1.5 Застосування термоохолоджувачів…………………………………...8

ВИСНОВОК……………………………………………………………………...11

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ……………………………………….12

1 КЛАСИФІКАЦІЯ СИСТЕМ ОХОЛОДЖЕННЯ РЕА
Одна з тенденцій сучасної електроніки – зменшення габаритів пристроїв за одночасного зростання вимог до їхньої продуктивності та надійності. Але розміщення великої кількості електронних модулів на малій площі призводить до інтенсивного нагрівання. Тому, чим мініатюрніший електронний пристрій, тим актуальніша для нього проблема ефективного охолодження. Наслідком є необхідність у розвитку надійних систем відведення тепла від електронних компонентів. Існуючі зараз системи охолодження прийнято розділяти на дві основні групи: пасивні системи охолодження та активні системи охолодження.

Для пасивних методів характерний природний шлях відведення тепла – конвекція, теплопровідність та випромінювання. В активних методах використовується примусове тепловідведення із застосуванням вентиляторів, термоохолоджувачів або омиваючих рідин.


    1. Пасивне охолодження


Найпростіший спосіб охолодження РЕА – пасивне тепловідведення із застосуванням радіаторів. Він ґрунтується на явищах теплопровідності матеріалів, природної конвекції та теплового випромінювання. Розміри напівпровідникового кристала занадто малі, щоб конвекції було достатньо його охолодження. При закріпленні корпусу радіоелектронного виробу на радіаторі багаторазово збільшується площа поверхні, що охолоджується. За рахунок теплопровідності тепло від корпусу мікросхеми передається металевому радіатору. Далі тепловіддача від радіатора здійснюється конвективним теплообміном. За конструкцією розрізняють пластинчасті, ребристо-пластинчасті, голчасті радіатори (рис. 1.1). Для природної конвекції найкращою є голчасті конструкції.



а) б)

Рисунок 1.1 – Конструкція радіаторів: а – ребристий; б – голчастий
Метод природного охолодження вимагає витрат енергії, за його реалізації ніщо не рухається, отже, не ламається. Це забезпечує його надійність та простоту. Недолік – низька ефективність охолодження та великі габарити: на 1 Вт потужності потрібна велика поверхня охолодження.
1.2 Примусове повітряне охолодження
Більш ефективне охолодження дає примусова конвекція, наприклад за рахунок обдування вентилятором (рис. 1.2).



Рисунок 1.2 – Повітряне охолодження з використанням вентилятора

Примусове повітряне охолодження не завжди дозволяє досягти необхідної робочої температури РЕА через низьку теплоємність і теплопровідність газів. В умовах примусового охолодження роль теплового випромінювання мала, так як на його частку припадає близько 3% тепла, що відводиться. Для підвищення якості обдування можна використовувати один або кілька методів:

  • збільшення кількості вентиляторів;

  • збільшення швидкості обертання крильчатки вентилятора;

  • встановлення вентиляторів більшого діаметра;

  • збільшення кількості лопатей, а також зміна їхньої форми (тобто заміна існуючих вентиляторів на більш «просунуті» моделі);

  • розробка ефективнішої схеми руху повітряних мас;

  • усунення перешкод на шляху відведення повітря.

До переваг такої системи охолодження відносять: низьку вартість; простоту встановлення та обслуговування. Однак у даної системи є і суттєві недоліки:

  • крильчатка, що обертається, є основним джерелом шуму в пристрої;

  • скромні, порівняно з іншими активними системами показники ефективності;

  • невеликий потенціал для покриття потреб в охолодженні, що постійно зростають;

  • вентилятори мають вкрай невисоку надійність.


1.3 Рідинне охолодження
Більш ефективним вважається рідинне охолодження. Відомо, що теплоємність рідин значно вища, ніж газів. Система рідинного охолодження працює наступним чином: мініатюрний резервуар, об'єм якого менший, ніж у повітряного радіатора, закріплюється на поверхні радіоелектронного виробу, з нього по шлангу за допомогою помпи рідина перекачується в зовнішній герметичний радіатор, який може обдуватися зовнішнім вентилятором (рис. 1.3).



Рисунок 1.3 – Система рідинного охолодження
Ефективність охолодження залежить від таких факторів: швидкість охолоджуючої рідини; складу охолоджувальної рідини; наявності турбулентності; кількості каналів охолодження у радіаторі; матеріалу радіатора.

Рідинна система охолодження має такі недоліки:

  • можливість протікання;

  • мікронасос та вентилятор потребують споживання енергії;

  • система займає певні габарити;

  • все, що рухається (вентилятор та насос), знижує надійність і є джерелом шуму.

1.4 Теплові трубки
Особливим типом рідинного охолодження є теплові трубки. Природну конвекцію із застосуванням теплових трубок доцільно використовувати за неможливості рідинного охолодження чи охолодження із застосуванням вентилятора (рис. 1.4).



Рисунок 1.4 – Система охолодження ноутбука із використанням теплової трубки
Теплова трубка являє собою тонкостінну металеву посудину. Якщо один кінець теплової трубки підключити до джерела тепла, а інший – до приймача – радіатора, відбуватиметься інтенсивний теплообмін. Кількість тепла, що відводиться, виявиться в багато разів більше, ніж при використанні радіаторів з міді або срібла. Відсутність насосів та помп робить цей метод економічним (немає шуму та споживання енергії), проте мала довжина трубок (до 30 см) знижує ефективність методу.
1.5 Застосування термоохолоджувачів
Сучасною технологією охолодження є застосування термоохолоджувачів, дія яких ґрунтується на ефекті Пельтьє (рис. 1.5).



Рисунок 1.5 – Елемент Пельтьє
При протіканні постійного струму через ланцюг із двох різнорідних провідників у місцях контактів залежно від напрямку струму виділяється чи поглинається тепло. Термоохолоджувачі витримують 200 тисяч годин роботи (для порівняння, вентилятори – 50 тисяч).

Істотними перевагами побудови систем охолодження та термостабілізації із застосуванням термоохолоджувачів є:

  • малі габарити та вага – визначають відсутність альтернативних рішень для термостабілізації та охолодження в мікро- та фото-електроніці;

  • висока надійність;

  • висока охолодна здатність на одиницю ваги та об'єму;

  • можливість плавного та високоточного регулювання холодопродуктивності та температурного режиму;

  • мала інерційність, швидкий перехід із режиму охолодження в режим нагрівання;

  • відсутність робочих рідин та газів й ін.

Термоохолоджувачі надійні та безшумні, мають малі габарити, проте їх недоліком є велике споживання енергії, термоохолоджувач сам є джерелом виділення тепла, для його роботи потрібні струми до десятків ампер, тоді як у рідинних систем струм не перевищує 0,3А.

Особливості використання різних методів охолодження РЕА зведемо до таблиці (таблиця 1.1):

Таблиця 1.1 – Системи охолодження радіоелектронних апаратів

Охолодження
Переваги
Недоліки
Застосування

Пасивне
Низька ціна, відсутність рухомих частин
Низька ефективність
У всіх галузях електроніки

Примусове повітряне
Низька ціна, відсутність витоків
Великий об'єм, необхідність розподілу тепла, високий тепловий опір, акустичні шуми
У всіх галузях електроніки

Рідинне
Малий об'єм, гнучка конфігурація, низький тепловий опір, низький рівень шумів
Необхідний компресор, можливість витоків, висока ціна
Лазерні діоди, силова електроніка, процесори відеокарт

Теплові трубки
Малий об'єм, низький тепловий опір, малий рівень шумів
Обмежена теплонесуча здатність, висока ціна, складна конструкція
Комп'ютери, силова електроніка, космос

Термоелектричне
Малий об'єм, низький тепловий опір
Обмежена теплонесуча здатність, низька ефективність
Оптоелектроніка


ВИСНОВОК



Комплекс конструктивних рішень, спрямованих на зниження температури радіоелементів, як правило, потребує значних матеріальних витрат. У процесі розробки конструкції РЕА слід звернути увагу на зниження вартості конструкції охолодження радіоелектронних елементів і блоків. З цього погляду найкраще домагатися охолодження за допомогою природної конвекції, вживаючи заходів щодо збільшення передачі тепла за рахунок теплопровідності та випромінювання.

Кожна з розглянутих систем охолодження РЕА має свої переваги та недоліки. Наразі найбільш ефективними системами охолодження радіоелектронних пристроїв є рідинне охолодження і використання теплових трубок.

З розвитком силової електроніки підвищується щільність потужності, розширюється температурний діапазон, а також зменшуються габарити виробу. Подальший прогрес техніки, що містить теплонавантажені електронні радіоелементи, можливий лише за умови підвищення ефективності систем охолодження, найбільш перспективними з яких є системи, побудовані із застосуванням нових матеріалів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ





  1. Антонова, Д.О. Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры / Д.О. Антонова. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. – 2016. – № 27 (131). – С. 36-41. –URL: https://moluch.ru/archive/131/36367/

  2. Меркульев, А.Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А.Ю. Меркульев, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков. – Текст: непосредственный // Молодой ученый. – 2013. – № 11 (58). – С. 143-145. – URL: https://moluch.ru/archive/58/8228/

  3. Применение тепловых труб в системах обеспечения тепловых режимов РЭА: современное состояние и перспективы. С.М. Хайрнасов. Украина, НТУУ «Киевский политехнический институт», 2015. – URL: http://www.tkea.com.ua/tkea/2015/2-3_2015/pdf/04.pdf

скачати

© Усі права захищені
написати до нас