Для обеспечения тепло- вых режимов современных

Источники вторичного ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ
МОДУЛЕЙ ПИТАНИЯ ПОСЛЕ ПУСКА
Твердов Игорь, ООО «Александер Электрик источники электропитания» (АЭИЭП)
Морозов Алексей, 16 ЦНИИИ МО РФ
Для обеспечения тепло= у•(1–е–tбр/Т),
(5)
В статье рассматриваются
вых режимов современных
где
– допустимое знатепловые процессы в
модулей питания приходитчение перегрева модуля
модулях питания. Показана
ся применять радиаторы,
= рм– ср
(6)
объем которых в несколько
и решим его относительвозможность использования
раз превышает объем моно tбр
модулей без радиаторов,
дуля. Это, почти всегда, не
tбр= Т•ln( у/( у– ) (7)
при ограниченном времени
устраивает разработчиков
В уравнении (7) все веработы. Приведена
электронной
аппаратуры
личины известны, кроме
(ЭА), которым требуются
удельной теплоемкости мометодика расчета времени
устройства электропитания
дуля, которая входит в выработы, подтвержденная
с минимальным объемом и
ражение (2) для временной
экспериментальными данными тепловой постоянной Т. В
массой. В работе [1] рассмотрены некоторые применесправочниках приводятся
ния, где можно обойтись модулями без радиаторов. только значения Со для конкретных материалов, в то
Это, прежде всего, когда в ЭА имеется корпусной те- время, как модуль состоит из различных материалов
плоотвод значительной площади, на который можно и электронных компонентов. Модули выполняются в
установить модуль. Также без радиаторов модули тонкостенных алюминиевых корпусах [2]. В основе
применяются в бортовой ЭА, для которой характер- конструкции модуля лежит печатная плата (Рис. 3)
ны кратковременные режимы отдачи максимальной с электронными компонентами поверхностного монмощности, и, конечно, в условиях принудительной тажа, залитая эластичным компаундом. Со стороны
вентиляции, когда тепловой импеданс уменьшается выводов на модули устанавливаются опаиваемые
в три и более раз. В настоящей работе рассмотрены донышки, которые обеспечивают механическую затепловые процессы в модулях непосредственно по- щиту элементов и являются экраном от излучаемых
сле включения. Необходимость решения такой зада- помех.
чи связана с применением в летательных аппаратах,
Все элементы и материалы, показанные на (Рис.
где время работы модуля после пуска составляет от 3) имеют различную удельную теплоемкость и мас1 до 6 минут, а затем модули выключаются или раз- су. Поэтому определение расчетным путем удельной
рушаются (например, вместе с ракетой).
теплоемкости модуля представляет значительную
Превышение температуры модуля м над темпе- сложность.
ратурой окружающей среды после включения происПроще определить значение tбр экспериментально,
ходит по экспоненте
а затем решить уравнение (7) относительно времен= Рn• •(1–е–t/T),
(1)
ной тепловой постоянной Т, в которую входит удельм
где Рn – мощность потерь в модуле (Вт), – те- ная теплоемкость
пловой импеданс (ºС/Вт), который приводится в
у
Datasheet
Т = tбр/ln___________
(8)
Т=Co•М• (2)
–
у
где Т – временная тепловая постоянная
Испытаниям были подвергнуты три модуля серии
СоМ – удельная теплоемкость и масса. Мощность МДМ–П [2] мощностью 30, 60 и 120 Вт, для каждопотерь Рn определяется по формуле:
го из них определялось время работы tбр, а затем по
Рп= Рвых•(1/ –1),
(3)
формуле (7) рассчитывалось значение Т и величина
где Рвых – мощность, потребляемая нагрузкой,
Со=Т/М•С. Зависимость Со=f(Р) приведена на Рис. 4,
– КПД.
анализ которой показывает, что величина Со меняТак как в ТУ приведен только типовой КПД моду- ется незначительно и в среднем составляет 1 050
лей, при расчётах для каждого типа модуля КПД дол- Вт•сек/кг•ºС. Это значение несколько выше удельной
жен быть уточнен по графикам, показывающим за- теплоемкости алюминия (Со=890) и ниже удельной
висимость КПД от выходной мощности. Эти графики теплоемкости компаунда (Со=2000). Именно, эти матакже приводятся на Datasheet на модули [3]. Пример териалы определяют основную массу модуля.
таких графиков для модулей МДМ 7,5 с выходными
Значение Со=1 050 было также использовано для
напряжениями 5 и 12 В приведен на Рис. 1.
определения времени tбр модулей серии МДМ. ОдТемпература модуля после включения изменяется от значения температуры среды ср до максимального значения макс (Рис.2)
= ср+ у,
(4)
макс
где у= Рn• – установившаяся температура перегрева модуля.
В момент tбр температура модуля без радиатора
(бр) достигает предельно допустимой рабочей температуры tрм (Рис. 2). Перепишем уравнение (1) с учетом этих обозначений:
55
Источники вторичного электропитания
56
новременно это время определялось экспериментально. Сравнение расчетных и экспериментальных
данных (Рис. 5) показывает, что погрешность не превышает 10%.
Пример расчета
Определить время работы модуля МДМ120–1ВМП
после включения на нагрузку 120 Вт при температуре
среды tср=25ºС. Выписываем основные характеристики МДМ120–П из Datasheet. Тепловое сопротивление
=3,6ºС/Вт, масса М=0,15 кг, предельно допустимая
рабочая температура tрм=85ºС. По графику зависимости КПД от нагрузки определяем средний КПД (Рис.
6). По формуле (3) определяем мощность потерь:
Рп=Рвых•(1/ –1)=120•(1/0,82–1)=26,3 Вт
По формуле (4) определяем установившееся превышение температуры корпуса модуля над температурой окружающей среды:
=Рn• =26,3•3,6=94,8ºС
у
По формуле (2) рассчитываем тепловую постоянную времени:
Т=Со•М• =1 050•0,15•3,6=567 сек.
Определяем из (6) допустимый перегрев модуля:
= рм– ср=85–25=60ºС.
Подставляем найденные значения в уравнение (7)
и вычисляем значение времени работы модуля без
радиатора после включения:
tбр=Т•ln( у/( у– )=567•ln(94,8/(94,8–60)=568 сек
Разработанная методика расчета позволила избежать длительных экспериментальных исследований времени tбр. В настоящее время tбр вводится в
Datasheet на модули.
Авторы выражают благодарность сотрудникам
АЭИЭП – А. Нагайцеву и Д. Шашолка за проведение
экспериментальных исследований.
ЛИТЕРАТУРА
1. И. Твердов. Охлаждение универсальных модулей питания//Электронные Компоненты № 8, 2008.
2. Патент на промышленный образец. Статический
электронный преобразователь. № 59628, 2005.
3. Каталог модулей и блоков вторичного электропитания. АЭИЭП, – Весна 2009, на диске.