Модуль аналого-цифрового преобразователя

Оценка элементной базы показывает, что элементы соответствуют условиям эксплуатации

1.4 Патентный поиск и анализ аналогичных устройств

Аналогом МИП является применяемый раннее блок УПУ-ТП.Блок УПУ-ТП предназначен для управления работой автоматических линий применяется в системах управления технологическими процессами в станкостроительной, автомобильной и других отраслях промышленности.Принцип работы основан на обработке аналоговых сигналов и выработку управляющих сигналов.

Конструкция УПУ-ТП блочно-модульная. Степень защиты блока соответствует группе IR 30 ГОСТ 14254-80 Блок УПУ-ТП устойчив к воздействию вибрации частотой от 5 до 25 Гц с амплитудой не более 0,1 мм. Средний срок службы УПУ-ТП не менее 14 лет.

Среднее время восстановления не более 0,5 ч. Наработка на отказ 3000ч.

Габаритные размеры и масса блока во многом зависит от применяемых в нем материалов и конструкторских решениях. Внутренние ячейки блока выполнены по модульному типу. Каждый модуль может быть легко заменен в случае его выхода из строя.

Блок должен иметь облегченную конструкцию, поэтому в качестве материала несущей конструкции выбираем сплавы алюминия, а токопроводящие элементы выполним из меди. Для антикоррозионной стойкости все платы покрываются лаком ЭП-730. Для обеспечения внешней эстетичности, а также для антикоррозионной стойкости наружные поверхности покрываются эмалью.

Конструкция блока МИП состоит корпуса (поз. 2) с установленными на него передней (поз. 5) и задней (поз. 4) панелями. Передняя панель может поворачиваться на оси (поз. 1) для быстрого доступа к модулям.

На боковых поверхностях блока имеются отверстия с резьбой для крепления в шкаф или стойку.

Габаритные размеры блока 450200210 мм. Масса 4.8 кг.

2.3 Защита блока от механических воздействий

Расчет защиты блока производят путем анализа и проверки надежности наиболее нагруженных частей.

Обычно первыми из строя выходят радиоэлементы, элементы проводящего рисунка, затем детали несущей конструкции блока.

Рассчитаем прогиб средней части печатной платы, обусловленный статическими нагрузками:

,

где статический прогиб средней части, см; -коэффициент,

а- ширина печатной платы, см; b- длина платы, см; t-толщина платы, см; Е- модуль Юнга , ; q- однородная нагрузка на плату, .

Q=P/ab,

P-полный вес платы;

P=10abt; P=10*(165*185*2)=110г.

;

q-980 см/сек.

-статистический прогиб средней части, см

.

Максимальный прогиб обусловленный инерционными нагрузками:

=*q;

=0,014*9,8=0,14см;

;

.

Усилие среза:

;

.

Болт отказывает из-за среза

;

;

;

.

Срез основного материала:

;

;

;

.

Суммарный вклад в надежность блока несущей конструкции 1/1,22.

2.4 Расчет теплового режима

Основной причиной отказов печатных узлов является различие температурных коэффициентов расширения (ТКР) метала и диэлектрика входящих в структуру печатных плат.

Отказы гибридно-интегральных модулей под воздействием температуры, главным образом, возникают при нарушении отвода тепла и местных перегревах, особенно опасных для кристаллов интегральных схем.

В блоках, шкафах, стойках РЭА при нормальных климатических условиях и естественном охлаждении около 70% тепла отводиться конвекцией, 20%-излучением и 10%-теплопроводностью.

По тепловому режиму блоки делят на теплонагруженные (тепловая нагрузка свыше ) и нетеплонагруженные (до ).

При анализе следует учитывать, что системы естественного охлаждения отводят тепловые потоки плотностью , принудительно-воздушного , жидкостного , испарительного

.

Данный блок потребляет не более 30 Вт от сети. Тепловыделения в модулях блока в среднем менее, следовательно, блок является нетеплонагруженным и при естественном охлаждении в нормальных условиях, блок будет функционировать нормально.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО УЗЛА

Двухсторонняя печатная плата с металлизированными монтажными отверстиями и переходными отверстиями характеризуются высокими коммутационными свойствами, повышенной прочностью соединения вывода навесного монтажа с проводящим рисунком платы, относительно высокой стоимостью конструкции. Для платы модуля выбираем двустороннюю печатную плату с металлизированными и переходными отверстиями.

Габаритные размеры печатной платы должны соответствовать ГОСТ10317-79 при максимальном соотношении сторон 5:1.

Согласно ГОСТ10317-79 выбираем прямоугольную форму платы. Размеры печатной платы определяются типом применяемых навесных элементов и размерами модуля. Для нашего модуля выбираем плату размером 160185мм.

Сопрягаемые размеры контура печатной платы должны иметь предельные отклонения по 12 квалитету ГОСТ 25347-82, несопрягаемые размеры контура печатной платы должны соответствовать предельным отклонениям по 14 квалитету ГОСТ25347-82.

Толщину печатной платы определим исходя из используемой элементной базы и действующей механической нагрузки. Толщину печатной платы устанавливаем по ТУ на исходный материал ГОСТ10316-78.

Материал основания печатной платы выбираем согласно ГОСТ10316-78, ГОСТ23751-79 или ТУ. Для печатной платы эксплуатируемой в условиях соответствующих группе 1 по ОСТ4.ГО.077.000 рекомендовано применять материалы на основе текстолита. Плату модуля АЦП изготавливаем из стеклотекстолита СФ-2-35-2 ГОСТ10316-78 фольгированная с двух сторон. Толщина фольгированного слоя 35 мкм толщина платы 2 мм.

3.2 Определение печатного проводника по постоянному току

Проведем расчет печатного монтажа платы предварительного усилителя. Методика расчета приведена в [4]. Расчет произведем в следующей последовательности:

-исходя из технологических возможностей производства, выбираем комбинированный позитивный метод изготовления печатной платы. Класс точности 3 по ГОСТ 23752-79.

Определим ток наиболее нагруженного элемента:

.

Определяем минимальную ширину (мм) печатного проводника по постоянному току для цепей питания.

,

где jдоп.- допустимая плотность тока, выбирается из [4]; jдоп =48 А/мм2

t- толщина проводника, мкм; t =35мкм

мм.

3.3 Расчет номинальных диаметров монтажных отверстий

Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий

dмо=dэ+dно+r,

где dэ - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ, мм;

dно - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ (r = 0,1…0,4 мм).

Рассчитанные значения dмо сводят к предпочтительному ряду отверстий: 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм. При этом следует учитывать, что минимальный диаметр металлизированного отверстия:

dmin?? HрасY

где Hрас - расчётная толщина платы; Hрас = 1,5 мм.

Y - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы (см. табл. 4.8 [1]); Y = 0,33.

dмо1 = 0,6+0,1+0,1 = 0,8 мм, выбираем dмо1 = 0,8 мм;

dмо2 = 0,8+0,1+0,1 = 1,0 мм, выбираем dмо2 = 1,0 мм;

dмо3 = 0,9+0,1+0,1 = 1,1 мм, выбираем dмо2 = 1,1 мм;

dmin = dмо1 = 0,8 мм ? HрасY = 1,50,33 = 0,495 мм,

следовательно, условие для минимального диаметра выполнено.

3.4 Определение ширины проводников

Минимальный диаметр контактных площадок:

,

; ,

Ширина проводников

мм.

Определим минимальное расстояние между элементами проводящего рисунка.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

,

где L0- расстояние между центрами рассматриваемых элементов,

=0.05 - допуск на расположение проводников из [1];

Dmax - максимальный диаметр контактной площадки.

мм,

мм,

мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

мм.

3.5 Определение минимальных расстояний между элементами проводящего рисунка

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой

S1min = L0 - [(Dmax/2+P)+( Bmax/2+L)],

где L0 - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм;

P - допуск на расположение контактных площадок (табл. 4.8 [5]), мм;

P = 0,2 мм;L - допуск на расположение проводников (табл. 4.8 [5]), мм;

L = 0,05 мм.

S1min = 2,5 - [(2,03/2+0,2)+(0,2/2+0,05)] = 1,135 мм.

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками

S2min = L0 - (d + 2rподр+2Р),

где rподр - ширина контактной площадки на линии между центрами двух рассматриваемых отверстий (рассматриваем rподр, т.к. для обеспечения зазора между контактными площадками необходимо подрезать их до величины rподр в соответствии с [5] стр.110);

S2min = 2,5 - (1,1+20,15+20,25) = 0,6 мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

S3min = L0 - (В'max+2l);

S3min = 2,5 - (0,2+20,1) = 2,1 мм.

Таким образом, параметры печатного монтажа отвечают требованиям, предъявляемым к платам 3 класса точности.

3.6 Расчет платы на механические воздействия

Определяем частоту собственных колебаний печатной платы. В нашем случае печатную плату можно представить пластиной, закреплённой в четырёх точках. Тогда собственная частота колебаний пластины рассчитываются по формуле [1]:

, [1]

где а- длина платы , м ; b-ширина платы, м; а=0,185 м; b=0,060м;

М-масса платы с элементами, кг.

М=a*b*h*p*1,5,

где р- удельный вес материала, кг/м3;

М=0,185*0,060*0,002*2,05*1000*1,5=0,068 кг

D- цилиндрическая жесткость, Н*м:

,

Где Е- модуль упругости, Н/мм2; Е=3,02*10 Н/м;

Страницы: 1, 2, 3