6.2 Защита аппаратуры от тепловых воздействий

Необходимость использования специальных мер по защите БРЭА от перегрева определяется тем, что кроме повышения температуры окружающей среды, в которой работает аппаратура, она сама является источником тепловой энергии. Перенос тепла от горячего объекта к холодному имеет три физических механизма: теплопроводность, конвекция, лучеиспускание.

Перенос тепла теплопроводностью представляет собой процесс обмена энергией между телами за счет непосредственного взаимодействия между молекулами и атомами этих тел. Конвективный перенос тепла представляет передачу энергии в форме тепла между неравномерно нагретыми частями жидкости (газа) или жидкости и твердого тела за счет движения микроскопических частей жидкости относительно друг друга или по отношению к твердым телам, за счет естественной или вынужденной конвекции. Лучистый перенос тепла происходит за счет непосредственного взаимодействия между молекулами, атомами тела и частицами электромагнитного излучения.

Тепловая энергия в БРЭА выделяется в отдельных узлах и приборах, таких как радиолампы, резисторы, полупроводниковые приборы, микросхемы и т.д. Ввиду того, что указанные элементы размещены по объему аппаратуры неравномерно, в отдельных его точках получается концентрация тепловой энергии, сопровождаемая местными повышениями температуры. При этом в тяжелых температурных условиях могут оказаться как сами источники нагрева, так и другие узлы, и приборы, расположенные в непосредственной близости.

Поэтому при проектировании БРЭА принимают меры к тому, чтобы температура нагрева для любого элемента не превышала допустимых значений. При решении этой задачи приходится идти по двум путям: снижение общей (средней) температуры нагрева аппарата и отвод теплоты от отдельных наиболее нагретых участков объема.

Большая часть тепловой энергии от нагревающих элементов передается корпусу аппарата. С целью отвода тепла от нагреваемых зон конструкцию корпуса БРЭА следует выполнять максимально теплопроводной (например, из алюминия). Если на передней панели не располагаются термочувствительные элементы, то целесообразно наиболее сильно нагревающиеся узлы и приборы располагать в непосредственной близости к ней. Это создает наиболее короткий путь для теплового потока и уменьшает распространение теплоты на участки, где расположены термочувствительные элементы. Сильно нагреваемые устройства (обычно полупроводниковые устройства и микросхемы средней и большой мощности) должны быть прикреплены к радиатору.

Чтобы радиатор эффективно выполнял свои функции, он должен обладать следующими свойствами: тепловое сопротивление в месте контактирования источника тепловой энергии с радиатором должно быть минимальным, поверхность радиатора, отдающая теплоту окружающему воздуху, должна быть максимально возможной, тепловое сопротивление радиатора должно быть минимальным.

Чтобы иметь малое тепловое сопротивление между корпусом радиоэлемента и радиатором, необходимо обеспечить большую площадь соприкосновения двух деталей. Поэтому поверхность радиатора в мете соприкосновения с радиоэлементом тщательно обрабатывают, так как микронеровности поверхности резко сокращают фактическую площадь теплового контакта. Иногда между двумя телами, которые должны иметь хороший тепловой контакт, устанавливают прокладку из мягкого и хорошо теплопроводящего материала или вводят специальные теплопроводящие пасты.

Иногда радиоэлемент устанавливают на радиатор, используя изоляционный материал между ними. При этом следует иметь в виду, что любой изоляционный материал увеличивает тепловое сопротивление между корпусом радиоэлемента и радиатором. Чтобы тепловая энергия, отдаваемая радиатором в окружающее пространство, не ухудшала условия работы других радиоэлементов, радиаторы стараются разместить вне объема корпуса на его наружной стенке.