Стабилизатор напряжения (стр. 4 из 5)

= / =0,9/0,22*10^-3= 4 кОм

=

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для ATmega8 U_п=4,5 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы.

4. Тип КР1040УД1

=1,5В, =1*10^-3 мА, =0,9В, =0,22 мА.

Тогда можно определить входное и выходное сопротивления:

= / =1,5/1*10^-6=1,5 МОм

= / =0,9/0,22*10^-3= 4 кОм

=

Сравниваем действующее напряжение помех с помехоустойчивостью микросхемы. Для К155ИД3 U_п=0,9 В. Следовательно, действие помехи не приведёт к нарушению работоспособности системы

Вывод: Напряжение помехи схемы не превышает данной для этого типа микросхем помехоустойчивости микросхем, помехи не будут влиять на функционирование устройства при рассчитанных параметрах. Помехоустойчивость микросхем серии К155 превышает рассчитанное напряжение помехи.

7. Расчет теплового режима с изделия ЭС

В качестве элемента с повышенным тепловыделением возьмем микросхему КР1040УД1.

Точное описание температурных режимов внутри устройства ЭС не возможно из-за громоздкости и неточности исходных данных: мощности источников теплоты, теплофизических свойств материалов и других факторов. Поэтому при расчете теплового режима изделия ЭС используют приближенные методы анализа и расчета. Целью расчета является определение температур наиболее нагретой зоны и среды вблизи поверхностей ЭРЭ и ИС, необходимых для оценки надежности функционирования схемы и изделия в целом. Перегрев ЭРЭ и ИС можно уменьшить путем увеличения теплоотдающей поверхности с помощью установки элемента на радиатор. Для охлаждения полупроводниковых приборов используют следующие типы радиаторов: ребристые, игольчато-штыревые, пластинчатые и др. Наиболее эффективные радиаторы игольчато-штыревые.

Исходными данными при проектировании и выборе радиатора являются:

рассеиваемая элементом мощность Р =35 Вт;

температура окружающей среды t₀ =25 С°;

внутреннее тепловое сопротивление R_вн = 1,35 К/Вт,

Тепловая модель элемента и радиатора представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Тепловая модель элемента с радиатором.

1 - элемент (ЭРЭ, ИС);

2 - площадь теплового контакта;

3 – радиатор

Порядок расчета:

1. Определим допустимый нагрев контакта микросхемы с радиатором:

t_k-t₀=(t_p-t₀)-P(R_вн+R_k), где R_k ≈ 1,2*10^-4 S_k

где S_k — площадь контактной поверхности, м².

t_k-t₀=(160-25)-35* (1,35+1,2*10^-4/65,5*10^-6)= 16,4 К.

2. Определим средний перегрев основания радиатора в первом приближении:

∆t_S=0,83(t_k-t₀)=0.83* 16,4= 11,61 К.

3. Выберем игольчато-штыревой радиатор с параметрами: h=10мм, S_Ш=2мм, d=2мм.

4. Находим по соответствующему графику коэффициент эффективной теплоотдачи выбранного радиатора при ∆t_S=15К: α_ЭФ=58 Вт/(м*К)

5. Определим средний перегрев основания радиатора во втором приближении. При этом выберем в качестве материала радиатора алюминий, у которого λ_Р=208 Вт/(м*К)–коэффициент теплопроводности материала, а толщину основания δ_Р=2 мм.

∆t_Sо =

,

Где

,

α_ЭФS_p/d δ_Р, где δ_p —толщина основания радиатора.

Тогда, используя эти данные, получим:

B= 58* 65,5*10^-6 /(208* 2* 10^-3) =9,1*10^-3 .

0,078

S_p= p/ (α_ЭФ*∆t_S).

S_p = 0,078/ (58*14,79) = 0,91*10^-4

∆t_Sо =12,34 К

6. Уточняем площадь основания радиатора:

S_po = p/( α_ЭФ*

∆t_Sо);

м².

8. Расчет надежности

Теория надёжности – научная дисциплина, её цель – выяснение условий получения высокой надёжности изделий ЭВС при наименьших материальных, финансовых и трудовых затратах.

Под надежностью понимают свойство изделия сохранять во времени в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции, в заданных режимах и условиях применения данного изделия.

Надежность закладывается в изделие в процессе проектирования и производства и обеспечивается в процессе эксплуатации.

Часто под надёжностью понимают безотказность изделия.

Вероятность безотказной работы определяется в предположении, что в начальный момент времени изделие работоспособно. Под вероятностью безотказной работы за время t понимают вероятность вида:

P (t)= Вер {T>t} ,

где t - заданное время безотказной работы изделия

T - прошедшее время.

Вероятность отказа равна Q(t) = 1 – P ( t )

Зависимость вероятности от времени есть функция надёжности.

Она распределена по экспоненциальному закону:

P (t) = EXP ( -

t_изд) ,

где

- вероятность отказа.

T_{без.раб.}=1/

,

где

- суммарная вероятность отказов.

Коэффициенты электрической нагрузки элементов ЭС определяем, используя формулы, приведенные в таблице 4.

Таблица 4.

Элемент	Формула для определения Кн	Пояснение
Резистор	Кн=Рраб/Рном	Р– мощность
Конденсатор	Кн=Uраб/Uном	U– напряжение
Цифровые интегральные ИМС Аналоговые ИМС	КIн=Iвых раб/Iвых мах КIн=Iвых раб/Iвых мах КPн=Pраб/Pмах	Iвых – выходной ток
Элементы коммутации низковольтные (U<3000)	Кн=Iраб/Iном	I – ток через контакт

Выбирем ориентировочные интенсивности отказов элементов λ0 при номинальных значениях таблицы 5:

Таблица 5.

Элемент	λ0*10-6 1/час	Элемент	λ0*10-6 1/час
Транзистор до 2квт - до 20квт - до 200квт	0,4 0,6 0,7	Диоды Ge	0,157 0,2 0,25
		Диоды Si
		Реле
Резисторы	0,05	Интегральные схемы средней степени интеграции	0,013
Конденсаторы -бумажные -керамические	0,05 0,15	МПК; БИС	0,01

Данные и результаты расчетов сведены в таблице 6.

Таблица 6.

Наименование ЭРЭ и ИС	Количество элементов		Kн
ИС КР1157ЕН602А К561ТЛ1 К561ИЕ11 КР1040УД1	1 1 1 1	0,013 0,013 0,013 0,013	0,46 0,57 0,46 0,6	0,006 0,009 0,006 0,0097	0,006 0,009 0,006 0,0097
Диоды КД521Д	1	0,2	0,3	0,042	0,168
Стабилитроны КС147Г	1	0,16	0,42	0,088	0,088
Конденсаторы К50-15 К50-6 К53-1	1 1 1	0,15 0,15 0,12	0,67 0,67 0,66	0,6 0,6 0,84	2,4 2,4 0,84
Резисторы МЛТ-0,125 МЛТ-0,5	13 1	0,05 0,05	0,6 0,6	0,06 0,06	1,2 1,2
Транзисторы КТ361В КТ829Г	1 1	0,84 0,84	0,42 0,42	0,59 0,59	0,59 0,59

По исходным данным произведём расчёты.