Разработка конструкции и технологии изготовления частотного преобразователя (стр. 7 из 21)
1. Imax — максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы), Imax= 0,7 A – для цепей управления; Imax= 10 А – для силовых цепей питания; Imax= 3,3 А – для цепей силовых транзисторов;
2. Толщина фольги, t = 50 мкм;
3. Напряжение источника питания, Uип = 20 В – для цепей управления; Uип = 380 В – для силовых цепей;
4. Длина проводника, l = 0,1 м;
5. Допустимая плотность тока, jдоп = 38 А/мм2;
6. Удельное объемное сопротивление ρ = 0,0175 Ом·мм2/м;
7. Способ изготовления печатного рисунка: комбинированный позитивный;
Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления по формуле (3.4):
для цепей управления:
мм,для силовых цепей:
мм.для цепей силовых транзисторов:
мм.Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем по формуле (3.5):
для цепей управления:
мм,для силовых цепей:
мм.для цепей силовых транзисторов:
мм.Определяем ширину bmin3, проводников при изготовлении комбинированным позитивным методом по формуле (3,6), мм:
b1min=0,25 мм для плат 3-го класса точности.
мм.Принимаем для цепей управления b1min=max{b1min1,b1min2, bmin3}=0,37мм; для силовых цепей b2min = max{b2min1, b2min2, bmin3} = 5,2 мм. Для уменьшения ширины печатного проводника силовых цепей коммутация элементов производится с 2-х сторон печатной платы, следовательно ширину проводника можно уменьшить до 2,6 мм; для цепей силовых транзисторов b3min = max{b3min1, b3min2, bmin3} = 1,7 мм..
Максимальная ширина проводников рассчитана по формуле (3.7), мм:
для цепей управления:
мм,для силовых цепей:
мм,для цепей силовых транзисторов:
мм.Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий по формуле (3.8) мм:
Δdн.о = 0,1 мм;
r = 0,1 мм.
d1 = 0,6+0,1+0,1 = 0,8 мм;
d2 = 0,8+0,1+0,1 = 1 мм;
d3 = 1,3+0,1+0,1 = 1,5 мм;
d4 = 0,3+0,1+0,1 = 0,5 мм;
Рассчитанные значения d сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,1; 1,3; 1,5 мм. Принимаем для выводов 1-й группы d1= 0,8 мм; для второй - d2 = 1 мм; для 3-й группы d3 = 1,5 мм; для 4-й группы d4 = 0,5 мм.
Рассчитываем минимальный диаметр контактных площадок для ДПП по формулам (3,9; 3,10; 3,11), мм:
bм — расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, [3], bм=0,035 мм;
δd и δр — допуски на расположение отверстий и контактных площадок, мм, [3], δd=0,08 мм и δр=0,2 мм;
Δd — допуск на отверстие, мм, [3], (d≤1, Δd=0,05мм; d≥1Для 1-й группы:
мм; 
мм; 
мм.Для 2-й группы:
мм; 
мм;Для 3-й группы:
мм; 
мм; 
мм.Для 4-й группы:
мм; 
мм; 
мм.Максимальный диаметр контактной площадки Dmax определен по формуле (3.12), мм:
Для 1-й группы:
мм.Для 2-й группы:
мм.Для 3-й группы:
мм.Для 4-й группы:
мм.Определяем минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.
Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой рассчитано по формуле (3.13), мм:
L0 — расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0 = 1 мм;
— допуск на расположение проводников, мм, =0,05 [3]. 
мм,Минимальное расстояние между двумя контактными площадками рассчитано по формуле (3.14), мм:
L0 — расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0 =2,5 мм;
мм.Минимальное расстояние между двумя проводниками рассчитано по формуле (3.15), мм:
L0 — расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, L0=0,9 мм;
мм.Контактные площадки для поверхностно монтируемых элементов выбираются исходя из их установочных размеров. Для конденсаторов размеры контактных площадок 1,2Ч0,8 мм; для элементов R1-R11, R13, R15-R23 - 2Ч0,8 мм; для элементов R12, VD12-VD15 – 1,2Ч1 мм; для диодов VD1-VD11 - 1,2Ч3 мм; для транзисторов VT1-VT4 – 0,8Ч0,8 мм.
Таким образом, параметры печатного монтажа узла А1 отвечают требованиям, предъявляемым к платам 4-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,9/1,6; для элементов 2-й группы – 1/1,8; для переходных отверстий – 0,4/1. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,3 мм, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,17 мм; двумя контактными площадками - 0,6 мм; двумя проводниками - 0,24мм.
Параметры печатного монтажа узла А2 отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3-го класса точности. Имеем диаметр отверстия/диаметр контактной площадки (мм) для элементов 1-й группы 0,8/1,7; для элементов 2-й группы – 1/1,9; для элементов 3-й группы – 1,5/2,4; для переходных отверстий – 0,7/1,2. Принимаем ширину печатного проводника равной 0,4 мм для цепей управления; 2,6 мм (двухсторонний проводник) для силовых цепей и 1,7 мм для цепей силовых транзисторов, минимальные расстояния между: проводником и контактной площадкой – 0,4 мм; двумя контактными площадками - 0,4 мм; двумя проводниками - 0,4 мм.
3.3 Расчет радиатора
В устройстве используются теплонагруженные элементы – силовые ключи (IGBT-транзисторы). Мощность, рассеиваемая на данном транзисторе равна 15 Вт. Максимальная рабочая температура равна 150°С [3]. Для обеспечения нормального функционирования данного транзистора, необходимо использовать радиатор. Далее определены размеры ребристого радиатора для транзистора IRG4BC20KD.
Исходные данные:
предельная температура транзистора tp = 423 К;
рассеиваемая элементом мощность Р = 15 Вт;
температура окружающей среды to = 318 K;
тепловое сопротивление между рабочей областью транзистора и его корпусом Rвн = 0,5° С/Вт;
Перегрев места крепления прибора с радиатором, К:
; (3.16)где
, 1/м2 ;Sk – площадь контактной поверхности (Sk = 1,5·10-4 м2).
1/м2; 
К.Средний перегрев основания радиатора в первом приближении, К:
; (3.17) 
К.Удельная мощность рассеяния, K/м2:
q = P/Sp; (3.18)
где Sp – площадь основания радиатора (в данном случае задается ориентировочно Sр = 0,0016 м2),
q = 15/0,0016 = 9375 K/м2.
По графику рисунка 4.21 [3] определен тип радиатора с учетом того, что площадь его основания равна 0,0016 м2.
Выбран ребристый радиатор со следующими геометрическими размерами: размеры основания L1 = L2 = 40 мм; высота ребра h = 32 мм; расстояние между ребрами Sш = 10 мм; толщина ребра δ1 = 1 мм; толщина основания δо = 5 мм.
Из рисунке 4.24 [3] определен коэффициент эффективной теплоотдачи выбранного радиатора при Δts = 63 K:
αэф = 72 Вт/(м·К).