Надёжность полупроводниковых приборов во многом определяется правильным соблюдением их температурного режима. Отказы полупроводниковых приборов часто происходят в результате теплового пробоя при плохих условиях отвода тепла, выделяющегося в электрорадиоэлементах [1–9]. Однако поверхность корпуса полупроводникового прибора не всегда может обеспечить необходимую теплоотдачу в окружающую среду, в связи с чем, температура перехода может превысить максимально допустимую. Поэтому важнейшей задачей, стоящей перед конструкторами, является обеспечение требуемого теплового режима всех элементов, узлов и устройств радиоэлектронной аппаратуры [10].
Для создания условий равновесия между выделением тепла и его отводом применяются различные теплоотводы. Наиболее простыми и эффективными теплоотводами являются радиаторы, представляющие собой металлические конструкции, искусственно увеличивающие поверхность охлаждения полупроводниковых приборов, тем самым улучшая отвод тепла [11].
В известных системах автоматизированного проектирования достаточно, таких как: ANSYS, Analog Workbench, Qfin, T-Flex, APM FEM (КОМПАС-3D), Betasoft, COSMOS, COLDPLATE, Mentor Graphics, Microwave Office, MSC Nastran, PRAC и др. эффективно решаются отдельные задачи исследования тепловых режимов электрорадиоэлементов. Для проверки адекватности модели необходимы тестовые натурные исследования, однако как показывает анализ, представленные системы не позволяют анализировать данные натурного эксперимента.
Таким образом, для полномасштабного исследования систем охлаждения необходимо комплексное исследование систем охлаждения, как на моделях, так и на физическом объекте [2].
На рисунке 1 представлен алгоритм проведения натурно–модельного исследования систем охлаждения.
Рис. 1. Алгоритм проведения натурно–модельного исследования
Где НУ — начальные условия, ГУ — граничные условия, ФО — физический объект.
Данный алгоритм позволяет проводить исследования систем охлаждения следующими способами:
1. В случае если и реальный объект и модель существует, то данные экспериментальных исследований используются для калибровки математических моделей и контроля точности приближенных решений. Это может быть использовано при оценке адекватности модели. Использование демонстрационных возможностей математических моделей при исследовании реальной системы охлаждения позволяет визуализировать процессы, протекающие внутри объекта [3].
2. В случае если возможностей экспериментальной установки не достаточны для полномасштабного исследования, то использование возможностей математических моделей дают возможность расширения границ натурного эксперимента и получения новой информации о процессах за пределами лабораторной установки [9].
3. При проектировании новой системы охлаждения, вначале по результатам математического моделирования изготавливается опытный образец с последующим исследованием его на экспериментальной установке [8]. Также решается задача оптимизации по уменьшении затрат, облегчению конструкции и т. д.
Таким образом, совместное использование демонстрационных возможностей математических моделей при исследовании систем охлаждения на лабораторном стенде осуществляет переход на новый уровень в развитии исследовательских систем. Данные, снятые с помощью датчиков, в данном случае, являются входными данными для модели, что дает возможность провести поисковое моделирование исследуемого физического процесса при различных заданных параметрах и ограничениях, определить, либо уточнить структуры и параметры математической модели по экспериментальным данным.
Литература:
1. Маквецов Е. Н. Модели из кубиков. М.: Сов. Радио, 1978. — 192 с
2. Самарский А. А., Вабищев П. Н. Вычислительная теплопередача. — Москва: Едиториал УРСС, 2003.
3. Yurkov N. K. Measurement of the parameters of three-element nonresonance two-terminal networks at a fixed frequency / N. K. Yurkov, M. V. Klyuev, E. V. Isaev // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Issue 11, February 2013, Volume 55, Issue 6, pp. 1267–1274
4. Yurkov N. K. Systems of Coriolis flowmeters in the field / N. K. Yurkov, K. V. Gudkov, M. Yu. Mikheev, V. A.Yurmanov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, November 2012, Volume 55, Issue 6, pp 132–139
5. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385–391.
6. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования теплоотводов электрорадиоэлементов / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 239–240.
7. Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.
8. Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.
9. Горячев Н. В. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. М. Трифоненко, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
10. Горячев Н. В. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Сивагина Ю. А., Граб И. Д., Горячев Н. В., Юрков Н. К.//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.
11. Горячев Н. В. Типовой маршрут проектирования печатной платы и структура проекта в САПР электроники Altium Design / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 120–122.
12. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования системы поддержки принятия решений в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 238–238.
13. Горячев Н. В. Структура и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169–173.
14. Горячев Н. В. Структура автоматизированной лаборатории исследования теплоотводов / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 119–120.
15. Горячев Н. В. Концепция создания автоматизированной системы выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2010. № 11. С. 171–176.
16. Горячев Н. В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В. Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534–540.
17. Горячев Н. В. Стенд исследования тепловых полей элементов конструкций РЭС/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, П. Г. Андреев, В. А. Трусов //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 162–166.
18. Горячев Н. В. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплекса / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433–436.
19. Горячев Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128–130.
20. Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.
21. Горячев Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263–263.
22. Горячев Н. В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214–215.
23. Горячев Н. В. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
24. Горячев Н. В., Кочегаров И. И., Юрков Н. К. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения [Электронный ресурс] // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. Электронный научный журнал — 2013. — Вып. 3 (25). — URL:http: http://amisod.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=219:amisod-2013–3-25-goryachev-kochegarov-yurkov&catid=25:amisod-2013–3-25
25. Горячев Н. В. Концептуальная структура СППР в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 241–241.
