CC BY
6
Visnyk N'l'UU KP1 Servia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2018, Iss. 75, pp. 48—53
УДК 621.396.67
Проектування радюелектронного апарату з оптимальними показниками надшност!
Уваров Б.М., Шкипчук A.B.
Нацншалышй тохшчшш ушворситот Укра'ши "Ки'шський иолггохшчшш шститут ¡Moni 1горя СЛкорського"
E-mail: a.nikilchuk&kivra.kpi.ua
Розгляпуто проблему досягпеппя максимально! падшпост елемептв електрошю! структури чарупок i всього радюелектрошюго блоку при дп теплових дестабгтазуючих фактор!в. Над1йшсть всього пристрою суттево заложить в!д теплового режиму електрошшх компопептав. в1брацп та ударно! стшкоста. Оптим1загця теплового режиму чарупки може бути досягпута шляхом в1дпов1дпого розмщеппя те-иловидгляючих елемептав електрошю! структури. осшльки температура кожного з mix визпачаеться копвективпими. копдуктив1шми та рад1ацшпими зв'язками з елемептами копструкци та один з одним. Описаний розрахупок усередиепих температур чарупок у блогц. Усередпеш температури чарупок визпачаються температурою теплопойя (у бглыност випадшв пов!тря). розмщеппям чарупок у корпус! блока та температурами ix елемептв електрошю! структури. Розгляпуто розрахупок температур елемептв електрошю! структури. а також падишост чарупок i блока в гцлому. У кожшй чарупгц зазвичай встаповлюють десятки елемептв електрошю! структури. для яких пеобх1дпо роз-рахувати температури. а по остапшх показпики падишост. Пропопуеться оптгмзагця розмщеппя чарупок у блогц. Тепловидглеппя в чарупках в бглыност копструкцш пеодпаковь залежать в!д теплово! потужпост встаповлепих в них елемептв електрошю! структури. тому можпа оптим!зувати показпики падишост. рацюпалыю розташовуючи чарупки. Для кожного вар!апту розмщеппя проводиться розрахупок температур елемептв електрошю! структури i показпишв падишост. Це досягаеться завдяки спегцалыю створепому програмпому забезпечешпо. Розроблеш та описаш програмш модул! для оптимального розмщеппя чарупок у блогц для забезпечеппя максимально! падишост елемептв електрошю! структури. При великому числ! чарупок в корпус! блоку рацюпалыюго !х розмщеппя домогтися складно. осшлькн число пеповторювапих вар!аптв розмщеппя чарупок в блогц дор1вшое числу перестановок, i пав!ть для невеликого числа чарупок. вар!аптв !х розмщеппя досить багато.
Клюноаг слова: падшшсть: показпики падшпост: радюелектрошшй блок: чарупка: елемепти електроп-по! структури: програмпе забезпечеппя
DOI: 10.20535/RADAP.2018.75.48-53
Вступ. Постановка задач1
Показпики над1йност радюелектрошюго апарату (PEA) у бшыносп вииадшв noBiiinii бути найви-гцими. тому вжс на еташ його проектування noBiiniii прийматися техшчш piineinra. що таш показпики забезпечать.
За даними вщкритого друку в ксжшчшй галу-3Í та медициш перюд часу протягом якого вщлб зберЬас cbo'í властивосп досягав 30 рошв. у в1йсько-bííi та цившышх галузях коливасться в межах 15-25 pokíb. а дослщження причин вщмов показали. що найбшын ненадшним елементом прнстроТв с електронш компонента [1]. Статнстнчннй анал1з показ ус. що найбшыне вщмов спричинено мехаш-чними та тепловими факторами.
Серед фактор1в. що визначають над1йшсть PEA. дуже впливовими с теплова д1я зовшшнього середо-вища та внутршше тепловидшення у його чарунках
чи м1крозб1рках (МЗб). що призводить до збшыне-ння температур i'x елемептв електрошю! структури (EEC). Як ведомо, щ температури прямо пов'язаш з показниками над1йност, а як наследок над1йшстю всього апарату. Ця залежшеть mdk температурою елемента та його над1йшстю (наприклад, iraoBip-iiíctio безведмовно1 роботи) пропорщйна. хоча й нелшшна. Отже. вже на еташ проектування iieo6xi-дно намагатися створити конструкцию PEA такою, щоб забезпечити у ньому мпималыи температури EEC у ироцей експлуатацп'. а як наследок найви-щу надшшеть.
Зазвичай. у блогц PEA встаповлюють декшька чарупок. але тепловидшення у них pÍ3iii й розмщу-вати i'x у його корпуй доцшьно так. щоб уссреднеш температури у них були мпималышми, що повинно забезпечити найвищу над1йшсть всього апарату. Тому шд час проектування блоку PEA виникас проблема опттизацй' розмщення чарупок. яке забезпе-
Прооктувашш радюолоктрошюго аиарату :¡ оитималышми иоказииками цадШцосп
49
чуб: мйпмальш середш томпоратури у них. На жаль, у iciiy-ючих системах автоматизованого прооктуван-ня. яш застосовують при проектуванш PEA [2. 3]. методи опттпзацй розмщення чарунок вщсутш.
Дана стаття присвячона оптимальному розмй щеншо чарунок у Kopnyci блока 3Í пцлыгою компоновкою. яке забезпечуе мйпмальш усереднеш томпоратури чарунок та максимальну надйиисть всього PEA.'
1 Розрахунок усереднених температур чарунок у блощ
Усереднеш температури Тср j чарунок визнача-ються температурою топлоносш (у бшыноста ви-падшв повиря). розмщенням чарунок у корпуй блока та температурами Т; i'x EEC:
ТсР i — i ^ Ti''
i=1
де к — кшыйсть EEC у чарунцй
У свою чергу. томпоратури Т; е. результатом тепловидшень у кожному з EEC та топологи' дру-ковано! плати чаруики [5]. Для бшын оста типових конструкцш блошв чаруики у них розмщуються вертикально, а зазори хйж чарунками мппмальш, визначаються розм1рамн EEC максимально! висоти. У такий конструкцп чаруики створюють т. зв. narpi-ту зону це блоки 3i гцшыгою компоновкою. Тепло-внй режим у блощ формуеться тспловидшеннями EEC. характером конвекцп у зазорах природно! чи вимушено! (у останньому внпадку цнркулящя топлоносш забезпечусться вентилятором).
Для розрахунку температур ctIiiok корпусу, по-виря в зазорах. соредньоповерхнево! томпоратури iiarpiTo'i зони можуть використовуватися iciiyioni комп'ютерш продукта!. наприклад. що входять до складу комплексу SolidWorks [2]. або бшын компактна програма BlockTermo2 [5]. Крптерп конвективно! топлов1дцач1 вщ вщповцщих поверхонь в блощ щяо програмою розраховуються на ocuoBi критер1алышх р1внянь конвективного теплообмшу. радоацппшй теплообмш м1ж чарунками i стшками корпусу i мйк самими чарунками за законом Стефана-Больцмана [6].
Детатзацш усереднених температур Тсрз- чарунок у narpiTifi 3oni може бути проведена, якщо ви-значптп томпоратури стйгок корпусу Тк та повиря в Kopnyci Тп. Якщо загальпа теплова потужшеть narpiTo'i зони Qe ведома, зовшшня температура стнки:
Qs
i
± К
+ Tot
корпуса, що розраховуеться за в1домпмп методами [6].
Нехтуючи перепадом температур у матор1ат станки корпусу, можемо вважатн, що й внутршшя температура стшки корпусу дор1вшое Тк.
Дат з умов теплового балансу можна знайтп й температуру повиря у корпуей якщо вважатн. що теплота вед нагрио! зони передаеться конвекщяо до цього повиря й радоащето до станок корпусу.
Конвективна топловеддача:
Qк
KFk3 (^3 ^п ) ;
(1)
де кК — крптерш конвективно! тепловеддач1 вед по-Bepxni зони до повиря; FK3 — площа поверхш нагрй то! зони. вед яко! теплота передаеться конвекщяо: Т3 усереднена температура narpiTo! зони. Радоацпша топловеддача:
Q
рз
C12Í1
рз
( -У - ( - )
\ioo J V100 У
(2)
де С12 _ крптерш радоащйного теплообмшу мйк ра-доацШною поверхнею Fp3 зони та иоверхнею корпусу усереднена температура narpiTo! зони. У сукупносп
F • Т
1 к , х:
QT — Якз + Q
рз-
(3)
IvpiM того, вся теплота, що веддаеться вед зони до повиря. пот1м вед цього повиря повинна бути передана конвекщяо до стшки корпусу:
^кп ^кз knFK (Tn Тк)
(4)
де кп — крптерш конвективно! тепловщдач1 вед по-виря до BiiyTpimiibo! стшки.
3 систоми р1внянь (1) (4) знайдомо томпоратури Тп та Т3 .
Зазвичай в блоках чаруики розташоваш вертикально для штонсифшацй конвокцйишх потошв; кр1м того, для двох крайшх чарунок. що знаходя-ТЬСЯ бшя 6i4IIIIX стйгок корпусу, охолоджоння по-лшшуеться завдяки рад1ащйному топловадводу вщ EEC до бшын холодно! стшки корпусу.
Топор можна знайти для кожно! чаруики II усо-реднену температуру Тcpj, сформувавшп систему р1вияиь. що враховують конвоктивш топлов1 потоки ввд кожно! чаруики до повиря всорсдиш корпусу. конвоктивно-рад1ащйш в1д чарунок до стйюк корпусу. конвоктивно-рад1ащйш мйк самими чарунками:
(aiSi)K (Ti - Тп) + (ciKSlK)р (Т4 - Т4) + + (ci2Si2)p (Т4 - Т24) - Qi =0;
де FK — площа поверхн1 корпуса блока; Тос — температура оточуючого середовпща; кк — крптер1й конвоктнвно-рад1ащйно! теплов1ддач1 в1д noBopxiii
(«iSj)к (Tj - тп) + (cjKsjK)P (If -1') +
Hcü-ISÜ- 1) (Tf - T'_i) + +(cj,j+iSj,j+i) (rf - T4+0 - Qi — 0;
(Tm Tn) + (C^KSmyi^Tm T' +
+ (Cm,m_1^'m,m_1)r i^m ^m_0 Qm
O)
4
k F
11 к ' к
50
Уваров В.М., Híkíthvk Л.В.
конвекти вна теплов1ддача поштря; (cjKSjK) (Т4 - Т4) -
Складов! у кожному р1внянш системи (5):
(аз)к (Ъ - Тк)
ввд чарунки до
радаащйна теплов1ддача В1д чарунки до корПУСУ; (сз,з-18з,з-1)р (т4 - т4-1) — радаащйна тепловцщача в1д середньо! чарунки до л1во1;
(сз,з+18з,з+1)р (т4 - т4+1) — радаацШна тепловщ-дача в1д середньо! чарунки до право!; Sj,j-1,
— поверхш взаемного радоащйного опромшеппя чарунок та корпусу; Qj — теплова потужшсть чарунки.
Температура стшок корпусу зазвичай нижче. шж температура будь-яко! чарунки, тому умови охолодження двох крайшх чарунок краще, шж умови тих, що знаходяться хйж суадшми.
Для розв'язання системи (5), тобто знаходже-ння значень усередненпх температур чарунок ^, достатньо ефектпвнпм с метод Ныотона, коли фор-мусться система лшшних р1внянь 1з матрицею ча-стиппих похщних дfj (хг)/дхг, векторами нев'язок Ах^ та самих функцш fj(х¿):
(6)
Фупкцп fj (xí) сформован! Í3 вщповщпих р1внянь системи (5):
biOBipiiicTb роботи всього блока PEA:
гЭ/1 . дх\ . dfl -1 дхп X 'Axi "-/i"
йЪ,. - dxi . д!^ дхп - _Ахп_ fn
íi
(aj S3 )
Qj - (cjKSí*)r (Tj - Тк)-
- (cj,j-isj,j-iL (Tj - Tj-i) -
- (cj,j+íSj,j+Í)p (Tj - Tj+i)
P (r ) = П Pi (T)
j = i
П
3 = i
П pí(t )
.Í=i
(7)
У кожне з цнх piBiraiib входять три температури, яи потр1бпо зпайти: Tj , Tj-i, Tj+i, тому матриця з частинними пешдними у систем! (6) буде тридоа-гопальпою, а визначення Axi необхщно проваднтп за методом прогонки Л.Томаса [7,8]. Коли досяга-ються Axi < 10-3, вважаеться, що температури Tj визиачеи1.
Розглянута вище методика розрахуику температур Tj реал1зована у nporpaMi BlockTermo2.
2 Розрахунок температур EEC, надшноеп EEC чарунок i блока
У кожшй чарунщ зазвичай встаиовлюють десятки EEC, для яких необхщно розрахувати температури Tj, а по ocTannix показникп надШноси кожного EEC (найчастпне iMOBipiiicTb безвщмов-но1 роботи Р;(г), де т заданий час експлуатацп). Тодо для Bcic'i чарунки така iMOBipiiicTb:
к
Р3 (г) = П pi(r).
i=i
де г — загальна кшыйсть чарунок у блощ.
Температури та показники надШноси EEC у чару нках (а також надШшсть bcíx чарунок) можна розрахувати за допомогою програми Eelia2015 [5]. У цю програму иеобхщио ввести теплов1 потужносп Q\ кожного з EEC, й програма впзначпть i'x температури i вщповщш цим температурам показники надшноста, що, кшець-кшцем, дасть можлившть розрахувати Р(т) всього блока за формулою ( ).
Таким чином, необхщно об'еднати у програм-ний комплекс роботу програм BlockTermo2 та Eelia2015: результаты усередненнх температур Tj чарунок, яш визначить програма BlockTermo2, с вхщними данпмп для розрахуншв температур та показнишв надшносп EEC кожнем чарунки, яш бу-дуть розраховуватися програмою Eelia2015. Для такого програмиого комплекса створеиий програм-иий модуль вхщних даиих InputData: для кожнем з чарунок, що noBiiiiiii входити у блок, необхщно ввести параметрп bcíx EEC, що розташоваш на друкованш плат цМ' чарунки, пот1м вони будуть BiiKopiiCTani програмою Eelia2015.
Приклад введения вхщних даних для одшя чарунки у модуш InputData наведений на рис. 1. У першому bíkiií на рис. 1 а вводять: для основи чарун-ки — прямокутпо!плати — розм1ри axbxh; критерп теплопровщносп матер1алу плати (вони можуть бути р1зними в наирямку осей X, Y, Z); тривалшть перюду роботи, для якого повинна розраховуватися ÜMOBipnicTb Р(t). Значения критер1ю теплов1ддач1 а з б1чних поверхонь плати розраховаш па по-передиьому еташ i виводиться для уточнения його можна при необх1дност1 3míiihth. Необхщно також ввести значения температур Ti, Т^ Т^ Т4 (це можуть бути температури оточуючих чарунок слементав конструкцп' корпусу блоку) та критерй'в теплов1ддач1 aí до цих елеменпв.
Дал1 необхщно ввести иараметри EEC плати: po3MÍpn елемента, координати положения на пла-tí, теплову потужшсть (рис. 16). У самШ nporpaMi записана база даних (БД) EEC, яи найчастше за-стосовують в електрнчннх схемах PEA.
В KOMipKax «Тип елемента», «Трупа», «Назва» (рис. 1 б) noTpi6no впбратп з БД зидно eлeктpичнiй cxcmí noTpi6iniíi елемент. Значения базово! iiiTeiiciiB-hoctí в1дмов Ао для обраного елемента знаходяться в БД, програма i'x визначас сама, а коефщент на-вантаження елемента повинен бути заданий. За не-обх1дност1 врахування додаткових коеф1щепт1в Kí, що визначають розрахункову над1йи1сть елемента (вплив MexaiiÍ4inix навантажень, вологост1, висоти аиарату над píbiicm моря), i'x також neo6xifliio зада-ти.
1
К
Прооктувашш радюолоктрошюго аиарату з оитималышми иоказииками цадШиосп
51
(а)
Параметри
VT1
Позначен ня: PosMip dx, мм: Po3Mip dyr мм: Розм1р dz, мм: Розташування по X, мм: Розташування по У, мм: Потужнкть розаювання.. Вт: Коеф. навантаження:
] Розрахунок надшност!
Тип елементу: Натвпровщнпкс Група: Транзнстори польов? к v Назва: | 2П1ГОА-Д Ki: 1
0.12
0.8
Додати елемент
Зберегти змжи
(б)
сг т=
d'T1
59,3 сп
R3 ¿3
^LjSGJ
VT
"=57.4
\М
□г
78.2
\н
(Г)
Перелк елеменпв на плата*
№ РСВ Вид Тип Аб Кг Т, °С Р
D1 1нтегральнiм кр 1024-4096 3.4Е-03 3.05 62.5 0.782
R1 Резистори 5.3E-0S 1.95 85.3 0.732
R2 Резистори =1-1 5.3E-0S 3.09 96.3 0.775
R3 Резистори =1-1 5.3E-0S 1.05 7В.2 0.792
VII Нап1Епров1дник 2П103А-Д 3.5E-0S 0.82 57.3 0.789
VT2 Наашвгровдаик 2П103А-Д 3.5E-0S 1.16 57.4 0.7S3
D2 1нтегральн1 м[кр 64-1024 бп 3.4E-0S 2.24 63.S 0.7В7
£.1 Конденсэгори К26-4 ЗЕ-09 3.39 58.3 0.816
сг Конденсатов« К26-4 ЗЕ-09 1.8 59.3 0.824
(Д)
Рис. 1. Етапи опттизацп чаруики: а введения парамотр1в плати: б введения параметр1в EEC: в розрахунок парамотр1в чаруики; г вигляд оптим1зовано1 чаруики; д скорочона таблиця з результатами розрахуншв.
Згщно з цими даними. а також вщповщним ма-томатичним моделям [3]. програма розраховус кое-фщент режиму Кр для кожного елемента.
Отриман1 температури використовуються в про-rpaMi для розрахунку iraoBipnocTi безвщмовно1 ро-боти Pi(t) кожного EEC зпдно модат DN-розподшу (дифузйшого немонотонного) [9]. а по них iraoBip-шеть P(r) всього блока.
3 Оптизшзащя розташування чарунок у Kopnyci блока
Тепловнй режим в блощ. а. отже. i показиики його надйшоста можна опттпзувати. ращонально розташовуючи чаруики одна вцщосно одно! так. щоб температури в них були мйпмальш.
Топловидшення в чарунках в бшыпосп конструкций неоднаковй залежать ввд теплово! потужносп встановленнх в них EEC. На перший погляд. чаруики з максималышм видшонням тепла слщ розмй стити бшя 6i4iinx стйгок. температури яких иижче. нйк поверхш осородшв середньо1 зони. a iumi так. щоб домогтися MiiiiMyMy температур в них. Однак. нав1ть при такому розташуванш чарунок в якшсь i3 них може виявитися EEC. надйиисть якого мйи-мальна. i тому слад шукати inme розмщення чарунок. що забозпочуе макспмальну надйиисть всього блоку.
Це i призводить до необхщноста вщлшоння про-бломи оиттйзацй конструкцй блоку за показником його надйшостй
При великому чист чарунок в кориу-ci блоку ращонального i'x розмщення домогтися складно, оскшьки це число иеповторюваиих BapiamiB Pk розмщення к чарунок в блощ дор1внюе числу перестановок: Pk = к\, i нав1ть для невеликого числа чарунок. BapiaiiTiB i'x розмщення досить багато (для п'яти чарунок Pk = 5 • 4 • 3 • 2 = 120).
Оитимальне розмщення чарунок у блощ. що забозпочуе максимально значения iraoBipnocTi без-ввдмовно1 роботи всього блоку. реал1зовано в про-грамному моду.ш OptimBlock.
Основу алгоритму програми становить програм-ний модуль, що генерус порядков! номери установки чарунок у блощ. При первиииому розмщенш дв1 чаруики з максималышм видшонням тепла встанов-люються у 6i4imx CTiiiOK блоку. В ироцоа оиттпза-n;ii програма забозпечус тако розмщення чарунок у блощ. при якому томпоратури EEC в кожшй чарун-щ мйпмальш.
Щльовою функщяо (ЦФ) оиттпзацй. максимально значения яко! програма повинна забезпечи-ти. с fiMOBipnicTb:
[р (г )] = П ъ (т ) = п
П pi (т)
max,
(8)
52
Уваров В.М.. Шктгчук Л.В.
(а) (Ь)
Рис. 2. Компоновка чарунок в блощ: а вихщна: б теля опттизащ'
де Pj(т) — ümobíphoctí роботы чарунок, Pí(t) — eec. що в iic'í входять.
В процей опттпзацп' координати розташування чарунок в Kopnyci визначаються за допомогою генератора псевдовипадкових чисел: число BapiaiiTÍB розташування повинно бути таким, щоб воно знахо-дилося в межах Pk (зазвичай не менше Pr = 64).
Для кожного BapiaiiTy розмщення проводиться розрахуиок температур EEC i показнишв надцйно-ctí кожного осередку. 3 отриманого масиву [Р(т)] к вибираеться BapiaiiT. для якого ЦФ (8) максимальна i це значения ЦФ фшсусться.
Процедура генеращ' BapiaiiTÍB. розрахунку температур i показнишв надпшоси повторюсться до тих nip. поки не буде знайдено BapiaiiT з максималь-ним значениям ЦФ.
Приклад роботи модуля генерацп BapiaiiTÍB розмщення десяти осередшв в Kopnyci блоку показаний на рис. 2: а початкове розмщення осередшв. б отримане в результат! роботи програми i забезиечус максимальне значения Р(т).
Таким чином забезпечуються мпималыи температури EEC в чарунках i максимальна над1йшсть всього радюапарата.
Програмний комплекс BlockTermo2 — InputData — Relia2015 — OptimBlock забезпечус проектуван-ня блошв PEA (разом з чарунками. що входять до нього) оптимального компонування з макснмалыш-мн показниками надшность
Висновки
Оптимально розмщення чарунок у корпуй ра-дюелектронного блока дозволяе одержати констру-кцпо, у яшй забезпечусться максимальна надШ-nicTb. Досягасться оптимально розмщення засто-суванням при проектуванш сисщалыго створеио-го програмного комплекса, у якому об'еднаш чо-тири nporpaMiii модулк BlockTermo2. InputData. Relia2015. OptimBlock.
Перелж посилань
учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015. № 18(1). 52-57 с.
2. Ллямовский Л.Л. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation / Л.Л. Ллямовский. М. : ДМК Пресс. 2010. 464 с.
3. Автоматизированная система ЛСОН11КЛ / Под ред. Ю.Н. Кофанова. П.В. Малютина. Л.С. Шалумова. М. : Энергоатомиздат. 2007. 368 с.
4. Прытков С.Ф. Надежность электрорадиоизделий / С.Ф. Прытков. В.М. Горбачева. М.П. Мартынова. Г.А. Петров. М. : Электроистаидарт. 2004. 620 с.
5. Уваров В.М. ОитимЬащя тенлових рожымш та иа-дШцосп коиструкщй радюелектрошшх :saco6iB з ¡мо-BipiiiciiUMU характеристиками / В.М. Уваров. Ю.Ф. 3iiibKOBCbKufl. К. : Коршйчук. 2011. 201 с.
6. Лабай В. И. Тенломасообмш / В.И. j 1абай. Тр1ада Плюс. 1998. 260 с.
jlbBÍB
1. Харченко В.Л. Проблемы надежности электронных компонентов / В.Л. Харчеико // Известия высших
7. Ahuja P. Introduction to Numerical Methods in Chemical Engineering. PHI Learning Pvt. Ltd. 2010. 304 p.
8. Niyogi P. Introduction to Computational Fluid Dynamics / P. Niyogi. M.K. Laha. S.K. Chakrabartty Pearson Education India. 2009. 600 p.
9. Лзарсков B.H. Надежность систем управления и автоматики / B.H. Лзарсков. В.П. Стрельников. К. : НЛУ. 2004'. 164 с.
References
[1] Kharchenko V.A. (2015) Problems of Reliability of Electronic Components. Izuest.iya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki, Iss. 1. pp. 52. DOl: 10.17073/1609-3577-2015-1-52-57
[2] Alyamovskii Л.Л. (2010) lnzhenernye raschely v SolidWorks Simulation [Engineering calculations in SolidWorks Simulation]. Moskow. DMK Press. 464 p.
[3] Kofanova Yu.N. ed.. Malyutina N.V. and Shalumova A.S. (2007) jiut.omat.izirouaimaya sislema ASON1KA [Automated system ASON1KA]. Moskow. Energoatomi-zdat. 368 p.
[4] Prytkov S.F.. Corbacheva V.M.. Martynova M.N. and Petrov С.Л. (2004) Nadezhnost' elektroradioizdelii [Reliability of radio products]. Moskow. Elektronstandart. 620 p.
Design of radioelectronic apparatus with optimal reliability indicators
53
[5] Uvarov B.M. and Zinkovskyi Yu.F. ("2011) Opt.ym.i-zalsiia leplovykh rezhymiv la nadiinosti konstruktsii. radi-oelektronnykh zasobiv z imovirnisnymy kharakteryst.ykamy [Optimization of thermal regimes and reliability of constructions of radio-electronic devices with probabilistic characteristics], Kyiv, Korniichuk, 201 p.
[6] Labai V. 1. (1998) Teplomasoobmin [Heat exchange], Lviv, Triada Plius, 260 p.
[7] Ahuja P. (2010) lnt.roduct.ion to Numerical Methods in Chemical Engineering, PHI Learning Pvt. Ltd., 304 p.
[8] Laha M. K., Chakrabartty S.K. and Niyogi P. (2009) Introduction to Computational Fluid Dynamics, Pearson Education India, 600 p.
[9] Azarskov V.N. and Strel:nikov V.P. (2004) Nadezhnost.' si stt iii upravleniya i automatiki [Reliability of control and automation systems], Kyiv, NAU, 164 p.
Проектирование радиоэлектронных аппаратов с оптимальными показателями надежности
Уваров Б.М., Никитчук А. В.
Рассмотрена проблема достижения максимальной надежности элементов электронной структуры (ЭЭС) ячеек и всего радиоэлектронного блока при действии тепловых дестабилизирующих факторов, то есть обеспечения в нем минимальных температур ЭЭС в процессе эксплуатации. Разработаны и описаны программные модули для оптимизации размещения ячеек в блоке.
Ключевые слова: надежность: показатели надежности: радиоэлектронный блок: ячейка: элементы электронной структуры: программное обеспечение
Radioelectronic Apparatus Design with Optimal Reliability Indicators
Uvarov В. M., Nikitchuk A. V.
Introduction. Considered the problem of maximizing the reliability of electronic structure elements of unit cells and entire electronic unit under the action of thermal destabilizing factors. Reliability of all device essentially depends from the thermal regime of electronic components, vibration and shock resistance. Optimization of the thermal
regime of the cell can be achieved by an appropriate placement of the heat-producing elements, because the temperature of each of them is determined by convect.i-ve, conductive and radiative connections with elements of construction and each other.
Calculation of the cells average temperatures in the block. Described calculation of the average temperature of cells in the block. Averaged temperature of the cell is determined by the temperature of the coolant (in most cases, the air), the cells placement in the block and the temperatures of their elements.
Temperature calculation of the electronic structure elements and the reliability calculations of cells and block. The calculation of the electronic structure elements temperatures and reliability of the cells and the block is considered. In each cell are usually set dozens of electronic structure elements, for each it is necessary to calculate the temperatures by which it is determined the reliability indicators.
The optimization of the cells arrangement in the block. The optimization of the cells arrangement in the block is proposed. Heat generation in the cells in most designs is uneven, depending on the thermal power installed in them electronic structure elements, therefore, reliability indicators can be optimized, rationally placing the cells. For each accommodation option, the electronic structure elements temperature and the reliability of each cell are calculated. This is achieved through the specially created software package. Developed and described software modules for optimal placement of cells in the block to ensure that it has the minimum temperature of the electronic structure elements during operation. The design aim to reduce the temperature of heat-producing elements, and this can be achieved by appropriately placing the latter, removing them from each other to reduce interference and improve heat transfer. With a large number of cells in the block the rational placement it is difficult to achieve, since the number of non-repeat.able placement of cells in a block is equal to the number of reconfigurations.
Conclusions. The optimal cells arrangement in the block allows to obtain a design in which the maximum reliability is ensured. This is achieved by using a specially created software complex, which combines four software modules: BlockTermo2, InputData, Relia2015, Opt.imBlock
Key words: reliability: electronics: the unit cell: electronic structure elements: thermal model: software
