|
| |
  |
Теория строительства Книги и журналы ка Низковольтных маломощных стабилизаторов напряжения постоянного тока непрерывного действия и схем управления импульсных стабилизаторов, силовых транзисторно-диодных и выпрямительных сборок, предназначенных для использования в силовых каскадах стабилизаторов, инверторов, регуляторов и преобразователей постоянного тока. Однако силовые полупроводниковые приборы и узлы ИВЭ в микросхемном исполнении на сегодняшний день являются остродефицитными и практически недоступными для широких масс разработчиков устройств электропитания и радиолюбителей. 10-5. Проблемы эффективного отвода тепла в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры Вопросы охлаждения, силовых полупроводниковых приборов в ИВЭ радиоэлектронной аппаратуры всегда занимали важное место при разработке данных устройств. Для них характерны большое значение выделяемой мощности, повышенный нагрев силовых полупроводниковых приборов, сравнительно компактное расположение силовых элементов, широкий температурный диапазон работы. До недавнего времени задача обеспечения допустимого тепло--вого режима электрорадиоэлементов в ИВЭ з основном решалась с помощью металлических радиаторов различной конструкции. На этих радиаторах размещаются мощные транзисторы, тиристоры, диоды, а в ряде случаев и силовые трансформаторы. Радиаторы за счет лучеиспускания и естественной конвекции тепла передают тепловой поток от силовых элементов ИВЭ в окружающую среду и обеспечивают их эффективное охлаждение. Основ-" ные конструкции радиаторов, получившие наиболее широкое применение на практике, показаны на рис. 10-14. По мере миниатюризации элементной базы ИВЭ и перехода к высоким частотам преобразования в них электрической энергии относительная доля . массы и габаритов радиаторов в общей массе и габаритах ИВЭ будет возрастать. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, уменьшаются размеры всех силовыГ элементов - трансформаторов, дросселей и конденсаторов фильтров, мощных полупроводниковых приборов, а с другой стороны, потери мощности в них остаются по-прежнему высокими. В результате этого размеры охлаждающих радиаторов сохраняются значительными, а сами радиаторы становятся тормозом на пути эффективной миниатюризации ИВЭ радиоэлектронной аппаратуры. В этом смысле возможности обычных радиаторов к настоящему времени полностью исчерпаны. В мощных ИВЭ применяются также охлаждающие системы с движущимся теплоносителем, в которых по замкнутым контурам движется теплоноситель, передающий тепловую энергию от силовых элементов к внешним охлаждающим устройствам. Такие охлаждающие системы оказываются весьма сложными, содержат электродвигатели и насосы, потребляют сравнительно большую энергию для передвижения теплоносителя. Их, как правило, используют для охлаждения ИВЭ и радиоэлектронной аппаратуры сравнительно ограниченного круга специальных автономных объектов. Задачи эффективного охлаждения и передачи тепловой энергии к внешним охлаждающим устройствам от силовых элементов и ИВЭ в целом весьма просто решаются с помощьюустройств, получивших название тепловых труб. В последнее время интерес специалистов к давно открытым (в начале XIX века) тепловым трубам резко возрос, и на сегодняшний день эта область теплотехники переживает период своего бурного развития. Основное преимущество тепловых труб, которому они обязаны своим интенсивным развитием, заключается в их практической изотермичности, т. е. неизменности температуры по всей длине данного устройства. Это свойство позволяет с их помощью передавать тепловую энергию
1 и т С1 Рис. 10-14. Основные конструкции теплоотводящих радиаторов, используемых в ИВЭ. а - с двухсторонней ребристой ловерхностью; б - с односторонней ребристой поверхностью; в - односторонний игольчатый; г - состоящий из нескольких плоских пластин. В любую требуемую точку объема, занимаемого аппаратурой. При такой передаче потери теплового потока ничтожны, а надежность и ресурсы работы тепловых труб значительно выше, чем у охлаждающих систем с движущимся теплоносителем. Эффективная теплопроводность тепловых труб в десятки тысяч раз больше, чем теплопроводность таких металлов, как медь; серебро, алюминий. С их помощью можно передавать почти в 500 раз больше тепла на единицу массы, чем- это позволяют твердые теплопроводники при том- же поперечном сечении [31]. Тепловая труба (рис. 10-15) представляет собой герметично закрытый сосуд, по внутренним стенкам которого размещается наполнитель с капиллярной системой. Внутри такого устройства находится некоторое количество жидкого теплоносителя, (например, воды, спирта и т. п.). При нагреве одного из концов тепловой трубы внутри него происходит интенсивное испарение теплоносителя. Его пары через зону переноса (средний участок тепловой трубы, где практически не происходит теплообмена с окружающей средой) переносят тепловой поток от зоны нагрева (иначе эта зона называется зоной испарения) к зоне охлаждения или зоне конденсации. В последней происходит конденсация паров теплоносителя, сопровождающаяся отдачей тепла внешнему охладителю. Затем .теплоноситель по системе капилляров опять возвращается в зону испарения. принципиально зона переноса в тепловой трубе, так- же как и внешний охладитель, может отсутствовать. В этом случае зона Конденсации будет отдавать тепловую энергию непосредственно в окружающую среду. Подключение внешнего радиатора к зоне конденсации позволяет значительно повысить эффективность охлаждения силовых полупроводниковых приборов и ИВЭ в целом. В ка-.честве внешнего. радиатора может быть использован корпус ИВЭ или корпус радиоэлектронного устройства, а в ряде случаев даже корпус всего объекта, содержащего в своем составе большое количество разнообразных радиоэлектронных и других устройств. При этом зона конденсации тепловой трубы соединяется с соответствующим корпусом, и через него осуществляется «сброс» выделяемого в аппаратуре тепла в окружающую среду. Следует обратить внимание, что технология использования тепловых труб в современных ИВЭ радиоэлектронной аппаратуры в настоящее время находится на стадии начального изучения. По существу исследуются пар"аметры первых опытных тепловых труб, изучаются возможности размещения на их поверхности мощных Теплоизоляция
Металлический корпус Наполнитель * с капиллярной системой Зона нагреби "" оереиоса охлаждения (зона испарения) (зона конденсации) о-*. Направление тепломассрперенвссс Рис. 10-15. Схематическое изображение тепловой 1рубы в разрезе. полупроводниковых приборов и электромагнитных элементов, исследуется поведение тепловых труб в различных условиях эксплуатации, изыскиваются их оптимальные конфигурации, отрабатывается технология их производства. Наметившийся в настоящее фремя переход к малогабаритным и легким полупроводниковым приборам в бескорпусном исполнении в значительной степени позволит облегчить задачу практического использования тепловых труб в ИВЭ радиоэлектронной апарату-ры. Такие приборы можно приклеивать к поверхности тонкостенных тепловых труб с помощью электроизоляционных теплопроводящих • клеев, обеспечивающих хороший тепловой контакт и электрическую изоляцию этих приборов от поверхности тепловой трубы. Широкое практическое использование тепловых труб в ближайшем будущем должно явиться важным средством комплексной миниатюризации силовых преобразовательных устройств- и в том числе ИВЭ радиоэлектронной аппаратуры. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 [ 69 ] 70 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||