Применение метода микротермостатирования для повышения температурной стабильности бортовой электронной аппаратуры

Рассмотрен перспективный метод термостабилизации электронных средств --- микротермостатирование, которое характеризуется поддержанием постоянства температуры на уровне отдельных электро-радиоизделий. Показано, что глобальной математической моделью для разработки электронных средств с микротермостатированием может быть уравнение температурной погрешности. Методы статистического анализа режимов работы электрической схемы электронного средства позволяют получить регрессионную модель, на основе которой выводится уравнение температурной погрешности. Предложено для сокращения временных затрат в процессе статистического анализа замещение физического факторного эксперимента вычислительным факторным экспериментом. Отмечено, что программным средством реализации вычислительного факторного эксперимента могут стать известные программные комплексы схемотехнического моделирования. Общий вид уравнения температурной погрешности позволяет сделать вывод о трех частных задачах, возникающих в процессе исследования температурной стабильности электронного средства: 1) задача синтеза адекватных математических моделей электрорадиоизделий; 2) задача схемотехнического моделирования электрической схемы; 3) задача топологического проектирования для расчета температурного поля. В экспериментальной части исследования предложена простая конструкция нагреваемого микротермостата стабилизатора напряжения. Отличительная особенность конструкции микротермостата --- наличие микроконтроллера для формирования корректирующих воздействий на исполнительные элементы. В процессе исследования проведено сравнение двух конструктивных вариантов исполнения стабилизатора напряжения: 1) без термостатирования; 2) с применением микротермостатирования. Показано, что вариант с термостатированием обладает температурной стабильностью в 2,68 раз лучшей по сравнению с базовым вариантом

Литература

[1] Дульнев Г.Н., Парфенов В.Г., Сигалов А.В. Методы расчета теплового режима приборов. М., Радио и связь, 1990.

[2] Алексеев В.П. Трехмерное моделирование регулирования температуры подложки в гибридно-пленочном микротермостате. Новые исследования в разработке техники и технологий, 2018, № 1, c. 12--30.

[3] Бабанин В. Термостатирование элементов микроконтроллерных устройств. Радиолоцман, 2016, № 8 (63). URL: https://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=277869

[4] Козлов В.Г., Алексеев В.П., Озеркин Д.В. Микротермостат с позисторным нагревателем. Патент РФ 2164709. Заявл. 29.04.1999, опубл. 27.03.2001.

[5] Козлов В.Г., Озеркин Д.В., Козлова В.Г. Устройство для стабилизации температуры микросборок. Патент РФ 2459231. Заявл. 30.09.2010, опубл.20.08.2012.

[6] Козлов В.Г., Алексеев В.П., Озеркин Д.В. и др. Устройство для стабилизации температуры элементов микросхем и микросборок. Патент РФ 2461047. Заявл. 05.07.2011, опубл. 10.09.2012.

[7] Козлов В.Г., Озеркин Д.В., Козлова В.Г. Устройство для стабилизации температуры элементов микросборок. Патент РФ 2439746. Заявл. 01.06.2010, опубл. 10.01.2012.

[8] Гаджиев Н.Д., Гарибов М.А., Гусейнов Н.Л. и др. Микротермостат для интегральных схем. Патент СССР 514278. Заявл. 05.05.1974, опубл. 15.05.1976.

[9] Цыганко П.Я., Орлов О.М., Голиков А.Н. и др. Микротермостат. Патент СССР 515095. Заявл. 10.09.1974, опубл. 25.05.1976.

[10] Бегота Р.В., Сидоров М.Н., Тарасов В.П. Микротермостат. Патент СССР 826297. Заявл. 09.08.1979, опубл. 30.04.1981.

[11] Панин Н.В., Панин В.В. Гибридно-пленочный микротермостат. Патент СССР 1164679. Заявл. 19.05.1983, опубл. 30.06.1985.

[12] Шварц В.П., Лабжинский С.И., Гольдштейн Е.И. и др. Устройство для термостатирования. Патент СССР 748216. Заявл. 01.04.1981, опубл. 28.02.1983.

[13] Бордачев Д.А., Шустов И.Е., Подчезерцев В.П. Экспериментальные исследования системы термостатирования прецизионного гироскопического измерителя вектора угловой скорости. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение, 2017, № 1 (112), c. 24--34. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3933-2017-1-24-34

[14] Shin D.D., Lee D.G., Mohanchandra K.P., et al. Thin film NiTi microthermostat array. Sens. Actuator. A Phys., 2006, vol. 130-131, pp. 37--41. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2005.10.010

[15] Wijngaards D.D.L., de Graaf G., Wolffenbuttel R.F. Single-chip micro-thermostat applying both active heating and active cooling. Sens. Actuator. A Phys., 2004, vol. 110, iss. 1-3, pp. 187--195. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2003.10.084

[16] Симонян Р.А., Саноян А.А., Гулян А.Г. Высокоточный микротермостат. Известия НАН РА. Технические науки, 2010, т. 63, № 3, c. 302--305.

[17] Гусев В.П., Фомин А.В., ред. Расчет электрических допусков радиоэлектронной аппаратуры. М., Сов. радио, 1963.

[18] Фомин А.В., Борисов В.Ф., Чермошенский В.В. Допуски в радиоэлектронной аппаратуре. М., Сов. радио, 1973.

[19] Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука, 1976.

[20] Глудкин О.П., Черняев В.Н. Анализ и контроль технологических процессов производства РЭА. М., Радио и связь, 1983.

[21] Сыпчук П.П., Талалай А.М. Методы статистического анализа при управлении качеством изготовления элементов РЭА. М., Сов. радио, 1979.

[22] Озеркин Д.В., Русановский С.А. Регрессионный анализ в исследовании температурной стабильности электронных схем. Динамика сложных систем --- XXI век, 2017, т. 11, № 1, c. 65--72.

[23] Мобильная температурная система для испытаний электронных компонентов и печатных плат, "ThermoStream" TP04300A. equipnet.ru: веб-сайт. URL: https://www.equipnet.ru/equip/equip_41737.html (дата обращения: 05.12.2019).

[24] Кеуон Дж. OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей. М., ДМК Пресс; СПб., Питер, 2008.

[25] Амелина М.А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования MicroCAP 8. М., Горячая линия--Телеком, 2007.