3.7 Защита устройства от дестабилизирующих

факторов

В зависимости от места размещения РЭА и условий эксплуатации на устройство будут воздействовать различные дестабилизирующие факторы. Нормальными климатическими условиями являются:

– температура, t 25…10 °C;

– относительная влажность 45…80 %;

– атмосферное давление, Н 836…106 кПа.

Кроме климатических факторов на РЭА воздействуют механические нагрузки, электромагнитные помехи и паразитные наводки.

На этапе проектирования необходимо решить основные вопросы, связанные с защитой от дестабилизирующих факторов:

– необходимость герметизации корпуса;

– защита РЭА от ионизирующего излучения (если оно существует);

– выбор способа защиты от механических воздействий;

– выбор способа защиты от электромагнитных помех и паразитных наводок;

– выбор способа обеспечения нормального теплового режима.

Герметизация – это наиболее радикальный способ защиты элементов РЭА от влаги, пыли, песка, плесневых грибков. Различают индивидуальную, общую, частичную и полную герметизацию.

Для частичной герметизации РЭА применяют пропитку, обволакивание, заливку лаками, пластмассами или компаундами на органической основе. Полная герметизация достигается при использовании корпуса специальной конструкции из металлов, стекла и керамики с высокой степенью непроницаемости. Герметичный корпус заполняется сухим воздухом или инертным газом при атмосферном или повышенном давлении не более 120 кПа. Полная герметизация может осуществляться с помощью разъемного соединения через вакуумную резинку.

В условиях воздействия ионизирующего излучения на РЭА функцию защиты от радиации выполняет корпус. Наиболее устойчивыми к воздействию радиации являются металлы. У большинства металлов при этом возрастает предел текучести в 2 – 3 раза, снижается ударная вязкость на 10 – 30 %, повышается удельное сопротивление. Наименьшей радиационной стойкостью обладают электротехнические стали и магнитные материалы, у которых изменяется магнитная проницаемость. Защитный экран может быть выполнен из металлов с высоким кулоновским барьером, например свинца. При этом значительно возрастают масса и габариты изделия.

В процессе эксплуатации РЭА подвергается воздействию внешних механических нагрузок: вибраций, ударов и линейных ускорений. По степени защищенности РЭА от этих воздействий различают два понятия «устойчивость» и «прочность».

Устойчивость – свойство объекта при механическом воздействии выполнять заданные функции и сохранять значения параметров в пределах нормы.

Прочность – свойство объекта выполнять заданные функции после прекращения механических воздействий.

Все способы защиты от механических воздействий можно разделить на три группы:

– смещение спектра частот собственных колебаний в более высокочастотную область. Как следует из соотношения

увеличить значение частоты собственных колебаний f₀ можно, уменьшив массу блока m или увеличив жесткость конструкции k. Масса блока определяется главным образом элементной базой, которая косвенным образом дает габариты и массу несущих конструкций. Достичь существенного снижения массы достаточно сложно. Наиболее часто используются методы повышения жесткости конструкций за счет изменения способов крепления и площади печатных плат, а также применения ребер жесткости. Эти методы эффективны в том случае, если диапазон частот вибраций не превышает 400…500 Гц;

– повышение демпфирующих свойств конструкции, т.е. увеличение рассеяния энергии колебаний вследствие трения элементов конструкции и «внутреннего трения» в материалах.

Улучшение демпфирующих свойств конструкции достигается включением в конструкцию плат специальных демпфирующих покрытий из вибропоглощающих материалов (см. таблицу 3.17).

– смещение частоты собственных колебаний конструкции в область ниже частоты вынужденных колебаний с помощью виброизоляции.

Основным способом виброизоляции РЭА является установка ее на амортизаторы. Амортизаторы подразделяются на низко-, средне- и высокочастотные. Низкочастотные амортизаторы виброизолируют частоты в диапазоне 5…600 Гц, среднечастотные – в диапазоне 15…600 Гц и высокочастотные – в диапазоне 35…2000 Гц.

Таблица 3.17 – Параметры вибропоглощающих материалов

Материал	Плотность, кг/м^3	Модуль упругости Е·10^–7, Па	Коэффициент механических потерь η
Листовой: анат ВМЛ	1400 1570	140 500	0,48 0,40
Мастика: адем-НШ антивибрит-5М антивибрит-7М	1150 1600 1600	540 240 200	0,25 0,25 0,30
Композиционный материал полиакрил-ВС, полимерная прослойка	1200	6	0,65
Металлополимерный листовой материал випопит, полимерная прослойка	1200	12	1,25

На этапе предварительной компоновки в случае необходимости следует произвести выбор типа амортизатора и схемы их размещения и выполнить расчет виброустойчивости конструкции, который приведен в пункте 3.6.5 «Оценка устойчивости конструкций к механическим воздействиям».

В процессе конструирования РЭА необходимо решать вопросы защиты от электромагнитных, электрических и магнитных помех. Источники помех могут находиться внутри и вне РЭА. Внешние помехи возникают из-за нестабильности напряжения сети электропитания, работы радиопередающих устройств и т.д. Внутренние помехи появляются из-за наличия паразитных связей, не предусмотренных конструкцией, и помех рассогласования параметров линии передачи сигнала с входными-выходными цепями электронных схем.

Источниками электрических помех являются блоки питания, шины питания. Источниками механических помех являются трансформаторы и дроссели.

Для защиты РЭА от воздействия помех необходимо:

– размещая элементы схемы, тщательно продумывать расположение монтажных проводов (уменьшать петли связи, увеличивать расстояние между проводниками, уменьшать длины совместного прохождения проводников и т.д.);

– устранять помехи по линиям электропитания с помощью радиочастотных фильтров;

– экранировать элементы РЭА.

Экраны локализируют электрическое поле в замкнутом объеме и обычно выполняются в виде параллелепипеда, цилиндра или сферы. Конструктивная форма экрана сравнительно мало влияет на его экранирующие характеристики. Решающее значение имеют:

– материал, из которого изготовлен экран;

– толщина стенки экрана;

– размер экрана.

Методика расчета эффективности экранирования изложена в пункте 3.6.2 «Расчет электромагнитной совместимости».

В конструкциях экранов необходимо предусматривать отверстия, например: для доступа к регулируемым элементам экранируемых устройств, для введения проводов, для обеспечения теплового режима и т.д. Для всех видов электрических экранов очень важно хорошее заземление, характеризующееся малым сопротивлением заземляющего провода.

Важнейшим фактором, определяющим эксплуатационную надежность РЭА, является тепловой режим.

Основная задача обеспечения нормального теплового режима заключается в создании таких условий, при которых количество тепла, рассеянного в окружающую среду, будет зависеть от мощности тепловыделения блока. Наиболее простым и дешевым способом является естественное воздушное охлаждение. Различают две системы естественного охлаждения: первая – для блоков в герметичных корпусах, вторая – для блоков в перфорированных корпусах.

При разработке систем охлаждения необходимо:

– обеспечивать эффективную циркуляцию воздуха между нагревающимися элементами;

– сильно нагревающиеся элементы снабжать ребрами охлаждения;

– элементы, наиболее чувствительные к перегреву, изолировать экранами от непосредственного воздействия теплового потока;

– обеспечивать надежный тепловой контакт между источниками теплоты и поверхностями охлаждения.

Принудительное воздушное охлаждение применяется при удельной мощности рассеивания до 1 Вт/см².

Различают три основные схемы принудительного воздушного охлаждения:

– внутреннее перемешивание;

– наружный обдув;

– продувку.

Методика расчета теплового режима блока РЭА приведена в пункте 3.6.4 «Расчет теплового режима».