Патент на изобретение №2398368

(54) МОДУЛЬНОЕ ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАБОТЫ В СУРОВЫХ УСЛОВИЯХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электронному устройству, работающему в суровых условиях. Технический результат – создание модульного электронного устройства, обеспечивающего увеличение эффективности теплоотвода, модульность уменьшения массы вычислительной техники и совместимость с известными стандартами на авиационные корпуса, что облегчает проектирование. Достигается тем, что электронное устройство содержит, по меньшей мере, одну печатную плату (1) с теплоизлучающими электронными компонентами, радиатор (5), первая поверхность (51) которого находится в контакте с электронными компонентами первой стороны (111) печатной платы (1), а вторая поверхность (52) предназначена для отвода тепла конвекцией. Устройство характеризуется тем, что содержит кожух (10), ограничивающий канал (4), в котором циркулирует теплопередающая среда (20), обеспечивающая конвекцию, причем кожух (10) соединен с радиатором (5) и печатной платой (1), при этом канал (4) не допускает контакта теплопередающей среды (20) с электронными компонентами. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Область техники

Изобретение относится к электронным устройствам, работающим в суровых условиях.

Предшествующий уровень техники

Изобретение может быть использовано в аэронавтике и, в частности, на борту летательных аппаратов малых размеров и не герметизированных, в частности вертолетов, не использующих защиту от температуры окружающей среды, гарантированное их конструкцией или работой кондиционера. Кондиционирование окружающей среды необходимо для работы электронного оборудования, например печатных плат, установленных на борту летательного аппарата. Действительно, принудительное перемещение теплоносителя, например воздуха, вблизи электронного оборудования обеспечивает удаление тепла, выделяемого электронным оборудованием. Продолжительность работы электронного оборудования уменьшается, если циркулирующая среда, обеспечивающая удаление тепла, содержит примести, например, коррозионные. Таким образом, необходимо обеспечить циркуляцию среды теплоносителя вблизи электронного оборудования без прямого контакта между средой и электронным оборудованием.

Решение этой проблемы состоит в изолировании от среды теплоносителя корпуса с электронным оборудованием, в котором смонтированы печатные платы. Недостатком этого решения является то, что удаление от корпуса тепла, выделяемого печатными платами, не всегда является достаточным или реализуемым из-за значительного увеличения веса корпуса, вызванного использованием теплоотводов для отведения тепла, выделяемого печатными платами, к стенке корпуса.

Краткое изложение сущности изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, путем создания модульного электронного устройства, обеспечивающего увеличение эффективности теплоотвода,

– модульность уменьшения массы вычислительной техники,

– и совместимость с известными стандартами на авиационные корпуса, что, в свою очередь, облегчает проектирование.

Для решения поставленной задачи предложено электронное устройство, содержащее, по меньшей мере, одну печатную плату, несущую тепловыделяющие электронные компоненты, радиатор, первая поверхность которого находится в контакте с электронными компонентами на первой поверхности печатной платы, вторая поверхность которой предназначена для конвекционного теплоотвода, характеризующееся тем, что оно дополнительно содержит кожух, ограничивающий канал, в котором циркулирует теплоноситель, обеспечивающий конвекцию, при этом кожух объединен с радиатором и печатной платой, при этом теплоотводящая среда в канале изолирована от электронных компонентов.

Поверхность теплообмена корпуса с внешней теплообменной средой находится на интегральной печатной плате в непосредственной близости от источников тепла, которое следует отвести. Изобретение позволяет также избежать использования теплоотводов для вывода тепла за кожух, что является предпочтительным в плане теплового баланса. Это особенно важно, когда число интегральных печатных плат, размещенных в корпусе, велико, так как поверхность теплообмена пропорциональна количеству используемых печатных плат. С другой стороны, возврат к теплоотводу, перекрывающему всю рассеиваемую мощность, мог бы быть затруднительным и/или объемным, не всегда предпочтителен в плане баланса массы и объема. Это случай, например, когда в кожухе размещена одна печатная плата.

Предпочтительно электронное устройство характеризуется тем, что канал образован между второй поверхностью радиатора и кожухом, при этом деформируемые прокладки обеспечивают герметичность канала.

В соответствии с характеристикой изобретения устройство содержит кожух с электронным оборудованием, в котором размещаются печатные платы, снабженные отверстиями для циркуляции в канале теплоносителя, поступающего снаружи в кожух с электронным оборудованием.

Предпочтительно устройство характеризуется тем, что оно содержит средства для обеспечения герметичности канала кожуха от внутреннего объема кожуха с электронным оборудованием.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает устройство в разобранном виде, содержащее набор печатных плат, радиатор, кожух и деформируемые прокладки, согласно изобретению;

Фиг.2а – общий вид кожуха, в котором размещена электронная аппаратура, согласно изобретению;

Фиг.2b – общий вид изнутри кожуха на Фиг.2а без электронной аппаратуры, согласно изобретению;

Фиг.3 – общий вид электронного устройства, содержащего электронную схему на Фиг.1 и кожух электронной аппаратуры, представленный на Фиг.2b, а также размещение электронного устройства в кожухе, согласно изобретению;

Фиг.4 – разрез детали внутренней конструкции устройства, согласно изобретению;

Фиг.5 – разрез электронного устройства, содержащего кожух электронного устройства и набор электронных элементов, согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На Фиг.1 представлено в разобранном виде электронное устройство согласно изобретению, содержащее печатную плату 1, радиатор 5, кожух 10 и деформируемые прокладки 16.

Печатная плата 1 содержит электронные компоненты, выделяющие тепло при их подключении к питанию во время работы. Предпочтительно электронные компоненты, выделяющие наибольшее количество тепла, размещены на первой поверхности 111 печатной платы 1.

Предпочтительно радиатор 5 является плоским, параллельным печатной плате 1.

Первая поверхность 51 радиатора 5 выполнена таким образом, что находится в контакте с электронными компонентами на первой поверхности 111 печатной платы 1 по горизонтальной оси 100. Вторая поверхность 52 радиатора 5 предназначена для отвода тепла конвекцией. Вторая поверхность 52 содержит, например, ребра, размеры которых по вертикальной оси 101 соответствуют вертикальному размеру печатной платы 1.

Предпочтительно кожух 10 выполнен практически плоским, параллельным печатной плате 1.

Кожух 10 надевается на радиатор 5 по горизонтальной оси 100.

Деформируемые прокладки 16 линейной формы фиксируются на радиаторе 5 или на кожухе 10.

Когда печатная плата 1, радиатор 5, деформируемые прокладки 16 и кожух 10 собраны по оси 100 для формирования единой конструкции, они образуют единый электронный модуль 1000. В этом случае вторая поверхность 52 радиатора 5 и кожух 10 образуют герметичный канал 4, показанный на Фиг.4, в котором по вертикальной оси 101 может циркулировать теплоноситель 20, обеспечивающий конвекцию тепла, рассеиваемого радиатором 5.

Теплоноситель 20 является, например, потоком пульсирующего воздуха, несущим, в известных случаях, коррозионные загрязнения.

На Фиг.2а представлен общий вид кожуха 15 электронной аппаратуры. Горизонтальная ось 100 и вертикальная ось 101 являются общими для Фиг.2а и Фиг.2b.

Кожух 15 является металлическим, имеет форму параллелепипеда и ограничивает внутреннюю полость. Горизонтальные плоскости 151, 152 кожуха 15 содержат отверстия 2, которые соединяют наружную и внутреннюю поверхности кожуха. Поверхность 153 кожуха 15 выполнена подвижной, она может быть временно снята, чтобы разместить в кожухе 15, по меньшей мере, один электронный модуль 1000, похожий на модуль на Фиг.1, по горизонтальной оси 102. Поверхность 154 кожуха 15 снабжена, по меньшей мере, одним разъемом 150 для соединения с дополнительным разъемом.

Дополнительный разъем размещен в глубине корпуса шасси для электрического соединения электронной аппаратуры кожуха 15 с внешними устройствами, с которыми она должна функционировать.

Кожух, снабженный таким разъемом 150, является выдвижным, так как он может быть помещен вместе с другими в шкаф для размещения электронной аппаратуры нормализованных размеров.

Этот тип кожуха 15 часто используется в авиационной технике, например, при изготовлении бортовых компьютеров. Когда кожух 15 закрыт поверхностью 154, он герметичен для теплоносителя 20, которым кожух омывается, за исключением отверстия 2.

Предпочтительно кожух 15 с электронным оборудованием выполнен со штепсельным разъемом и может быть установлен вместе с другим оборудованием подвижно на шасси.

На Фиг.2b показан общий вида кожуха 15 согласно изобретению. Кожух 15 содержит на внутренних стенках горизонтальных поверхностей 151, 152 средства блокирования и направляющие 6. Средства блокирования (не показаны) служат для крепления электронного модуля 1000 к кожуху 15. Направляющие 6 служат для вдвигания электронного модуля 1000 внутрь кожуха 15. В направляющих 6 выполнены сквозные отверстия 9, обеспечивающие поступление внутрь кожуха 15 циркуляционных потоков по каналам 71 и 72. Каналы 71 и 72 соединяют кожух 15 с внешней средой через отверстия 2, размещенные на поверхности кожуха 15 и открывающиеся в каналы 71, 72. Отверстия показаны на Фиг.2а и не показаны на Фиг.2b. За исключением открытых отверстий 9 и отверстий 2 каналы 71 и 72 являются герметичными.

На Фиг.3 показан общий вид электронного устройства согласно изобретению, содержащего электронный модуль 1000, идентичный изображенному на Фиг.1, и кожух электронного оборудования 15, идентичный изображенному на Фиг.2b. Электронный модуль 1000 содержит печатную плату 1, радиатор 5, деформируемые прокладки 16 (не показаны на Фиг.3) и кожух 10.

Кожух 10 и вторая плоскость 52 радиатора 5 образуют герметичный канал 4 (Фиг.4). Канал 4 с двух концов 81,82 открывается (Фиг.3), соответственно, в верхнюю и нижнюю части электронного модуля 1000.

Кожух 15 показан частично, чтобы показать, как электронный модуль размещается в кожухе 15. Электронный модуль 1000, перемещаемый по направляющим 6, может быть установлен в кожухе 15 в положении блокирования, в котором средства блокирования позволяют его жестко соединить с кожухом 15. После того как электронный модуль установлен в заблокированном положении полностью внутри кожуха 15, можно закрыть стенку 153 кожуха 15 для запирания.

Когда электронный модуль 1000, помещенный в кожух 15, находится в положении блокирования, отверстия 9 и выходы 81, 82 канала 4 находятся в плотно пригнанном положении. Таким образом, теплоноситель 20, омывающий снаружи кожух 15, закрытый со всех сторон, может проникнуть внутрь него только через отверстия 2. Он проходит затем в циркуляционные каналы 71, 72, чтобы попасть в отверстия 9, в канал 4 и охладить вторую поверхность 52 радиатора 5, не контактируя с электронными компонентами, находящимися на печатной плате 1.

На Фиг.4 детально показан контакт между электронными модулями 1001, 1002, аналогичными блокам на Фиг.1, и кожухом 15, аналогичным кожуху на Фиг.2b, в ортогональном разрезе печатных плат блоков, либо следуя стрелкам 100 и 101.

Два электронных модуля 1001, 1002 размещены в положении блокирования параллельно один другому в кожухе 15. Каждый из этих модулей 1001, 1002, вдвинутый по направляющим 61, 62, жестко закреплен в кожухе 15 средствами блокирования (не показаны). Каждый из электронных модулей 1001, 1002 содержит печатные платы 1051, 1052, радиатор 501, 502 (не показаны), деформируемые прокладки, идентичные прокладкам, представленным на Фиг.1, и кожух 1011, 1012. Для каждого электронного модуля 1001, 1002 образован герметичный канал 41, 42 между радиатором 501, 502 и кожухом 1011, 1012.

Край 811, 812 канала образует вход для теплоносителя 20, поступающего снаружи кожуха 15, другой край которого 821, 822 (не показан) образует выход для теплоносителя 20. Края 811, 812 открываются в отверстия 9, выполненные в стенке канала 71 циркуляции жидкости, внутри кожуха 15. Стенка канала 71 содержит, кроме того, отверстия 2, которые являются отверстиями, открывающимися наружу кожуха 15 (не показаны). Количество и размер отверстий 9 приспособлены к каждому каналу 41, 42 для конвективного теплосъема с соответствующего радиатора 51, 52. Количество и размер отверстий 2 выполнены с учетом общего теплосъема с радиаторов электронных модулей, расположенных в кожухе 15.

Соединение между каналами 41, 42 и каналами 71, 72 циркуляции теплоносителя выполнено герметичным. Герметичность обеспечивается, с одной стороны, благодаря средствам блокирования, и, с другой стороны, благодаря герметичным деформируемым прокладкам 121 и 122, размещенным между электронным модулем и внутренней структурой кожуха 15.

Теплоноситель 20, находящийся снаружи кожуха 15, проникает внутрь кожуха 15 через отверстия 2, выполненные в общей стенке кожуха 15 и канала 71. Он проходит по каналу 71 до отверстий 9, которые открывают доступ к входам 811, 812 герметичных каналов 41, 42. Теплоноситель 20 проходит затем по каналам 41, 42 до выходов 821, 822 (не показаны) каналов 41, 42, через отверстия 921, 922 (не показаны), которые открываются в канал 72 (не показан). Теплоноситель 20 проходит далее по каналу 72 и выходит из кожуха 15 через отверстия 2, выполненные в общей стенке кожуха 15 и канала 72.

На Фиг.5 показано электронное устройство согласно изобретению, содержащее кожух электронной аппаратуры 15 и шесть электронных модулей 1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 1006, подобных электронным модулям на Фиг.1, размещенных в кожухе 15 в положении блокирования, показанных в разрезе в плоскости, перпендикулярной печатным платам или по стрелкам 100 и 102.

Кожух 15 содержит внутренние разъемы 130, в которые вставлены электронные модули 1000. Внутренние разъемы 130 размещены на соединительном блоке 140, содержащем электрические контакты, при этом каждый контакт содержит два конца. Один из концов контактов подключен к соединителю 150 кожуха 15. Другой конец контактов соединен с контактами печатной платы.

Другими словами, печатная плата 1 соединена с помощью контактного разъема с электронным оборудованием кожуха 15.

Предпочтительно, чтобы кожух 15 с электронной аппаратурой и печатная плата 1, размещенная в кожухе 15 с электронным оборудованием, отвечали спецификации из списка: ARINC 600, MIL 83527, ARINC 404A.

Формула изобретения

1. Электронное устройство, содержащее электронный модуль, предназначенный для размещения одного или более сменных электронных субблоков, причем каждый электронный субблок содержит печатную плату, содержащую тепловыделяющие электронные элементы, радиатор, первая поверхность которого находится в контакте с электронными элементами первой поверхности печатной платы, и вторая поверхность которого предназначена для теплосъема конвекцией, при этом субблок дополнительно содержит объединенный с радиатором и печатной платой кожух, и ограничивающий канал между второй стороной радиатора и кожухом, в котором циркулирует теплоноситель, обеспечивающий конвекцию, и деформируемые уплотнения, обеспечивающие уплотнение канала, при этом канал герметизирован от контакта теплоносителя с электронными элементами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электронный модуль, в котором размещен/ны электронный субблок или субблоки, снабжен отверстиями для циркуляции в канале теплоносителя, поступающего снаружи модуля для циркуляции в канале.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что радиатор электронного субблока выполнен в основном плоским и установлен параллельно печатной плате.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кожух электронного субблока является практически плоским и параллелен печатной плате.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства обеспечения герметичности каждого канала относительно внутреннего полезного пространства электронного модуля.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что электронный модуль и печатная плата или платы соответствуют спецификации из следующего списка: ARINC 600, MIL 83527, ARINC 404А.

РИСУНКИ