РОЗРОБКА СТАБІЛІЗОВАНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ ДЛЯ ЖИВЛЕННЯ МЕРЕЖЕВОЇ АПАРАТУРИ З ОПТИМІЗАЦІЄЮ СИСТЕМИ ОХОЛОДЖЕННЯ БЛОКУ

Анотація. Кваліфікаційна робота присвячена проектуванню стабілізованого перетворювача постійної напруги для живлення мережевої апаратури з оптимізацією системи охолодження блоку.

Проектований пристрій призначений для живлення апаратури, що працює від мережі 220 В 50 Гц в польових умовах, а також на час аварійного відключення мережі змінного струму. Перетворювач має блокову конструкцію. Він забезпечує живлення навантаження стабілізованою постійною напругою 310 В або змінною імпульсною напругою тієї ж амплітуди з ефективним значенням 220 В. Додавання LC-фільтра дозволяє отримати змінну напругу 220 В синусоїдальної форми.

Необхідно забезпечувати відвід тепла від корпусів потужних напівпровідникових приладів, які широко застосовуються в перетворювальній техніці і у вихідних каскадах систем управління: транзисторів, діодів та мікрозборок. Такі елементи мають обмежену допустиму температуру p-n переходів і потребують додаткового охолодження шляхом встановлення на радіатори.

1.Розрахунок площі радіатору для одного транзистору

За довідковими даними або розрахунковим шляхом визначають максимально допустиму температуру корпусу t_к макс

2. Відповідно до виразу

θ_к.р  =PR_к.р. 

визначають різницю температур θ_к.р між корпусом мікросхеми і радіатором.

3. Визначається середня температура поверхні радіатора t_s

по номограмам або розрахунковим шляхом за формулою

4. Визначається різниця температур між поверхнею радіатора і навколишнім середовищем θ_р._с по номограмам або розрахунковим шляхом відповідно до виразу

θ_р.с = t_s -t_c  

5. Визначається середня температура t_m між поверхнею радіатора і навколишнім середовищем θ_р.с по номограмам або розрахунковим шляхом відповідно до виразу

t_m =0,5(t_s+ t_c)

6. Вибирається довжина радіатора і по номограмам визначається конвективний коефіцієнт тепловіддачі αк

7. За номограмами визначається променистий коефіцієнт тепловіддачі αл.

8. Знаходиться загальний коефіцієнт тепловіддачі:         α = α_к + α_л                    

9. По номограмі визначаємо поверхню теплообміну S_р.

10. Вибирається висота ребра h, відстань між ребрами b, товщина підстави d і товщина ребра δ.

11.Розраховуються площі  і ,

12. Визначається число ребер +1

13. Визначається ширина радіатора L= (п—1) (b + δ)+δ

Відповідно до представленої методики виконаємо розрахунок радіатора

для транзистора IRFIZ44N MOSFET.

Вихідними даними для розрахунку радіатора є:

- розсіюєма потужність Р = 40Вт

- температура навколишнього середовища t_c вибираємо рівною 20 °С

- вид охолодження - вільна конвенція

- матеріал радіатора - алюміній

- ступінь чорноти покриття радіатора ε = 0,4;

- максимально допустима температура корпусу t_к макс = 85 °С;

- радіатор встановлюється на фланці тепловідведення без прокладок

- теплові дані транзистора: t_п = 125 °С; R_пк = 20 °С / Вт

Рисунок 1. Конструктив корпусу

У більшості випадків причиною проблем є перегрів елементів радіоапаратури внаслідок недостатнього відведення надлишкової потужності. У той же час експериментальна перевірка працездатності системи досить дорога, а найчастіше неможлива не тільки з економічних, а й з конструктивних міркувань.

У таких випадках застосовується моделювання теплообміну в системі або, простіше кажучи, тепловий розрахунок. При проектуванні розглянуто модуль Flow Simulation, інтегрований в систему SolidWorks.

У розрахунковому модулі SolidWorks Flow Simulation необхідно задати умови задачі, максимально наближені до реальних умов експлуатації, провести розрахунки та інтерпретацію отриманих результатів.

Результат моделювання і аналіз отриманих даних

В моделювання теплового режиму блоку отримано наступні результати:

1) максимальна температура на поверхні радіаторів складає +55°С і +43°С відповідно (рис. 2);

2) максимальна температура в середині корпусу поряд із радіаторами становить приблизно +45...+50°С (рис. 2).

Рисунок 2. Температура на поверхні радіаторів

Рисунок 3. Температура в середині корпусу

Висновок. В результаті розрахунку площі радіатору для одного транзистору і проведення моделювання у середовищі SolidWorks отримані значення оптимальної площі радіатору та його габарити. Моделювання показало, що встановлення вентилятору у корпус суттєво зменшує температуру як радіатору, так і температуру у корпусі в цілому.

Моделювання усього блоку показало, що обрано правильні розміри радіаторів для оптимальної і безпечної роботи приладу

Список літератури:

1. Коннов В. П., Фомкин А. С. Источники бесперебойного питания Патент РФ № 2315362. Бюллетень "Изобретения Полезные модели", 2008 № 2.
2. Володин В. Источник бесперебойного питания. – Радио. 2001. №5, с. 35-
3. http://www.allcomponents.ru/murata/vsb35ew0701b.htm.
4. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА / В.Т. Белинский, В.П. Гондюл, А.Б. Грозин, др., К.Б. Круковский-Синевич, Ю.Л. Мазор. – Київ: Вища школа, 1992. – 494 с.38