Устройство защиты сетевой аппаратуры от аварийного напряжения

1) материал является основой конструкции и определяется способностью детали выполнять рабочие функции и противостоять действию климатических и механических факторов;

2) материал определяет технологические характеристики детали;

3) от свойств материалов зависит точность изготовления деталей и элементов конструкции;

4) материал определяет габариты и массу прибора;

5) материал оказывает влияние на эксплуатационные характеристики детали, на ее надежность и долговечность.

Например, при выборе материала  печатной платы необходимо, чтобы  материал имел высокие электроизоляционные  показатели в заданных условиях эксплуатации (большую электрическую прочность, большое сопротивление изоляции, малые диэлектрические потери); обладал  химической стойкостью к действию химических растворов, используемых в технологии печатного монтажа; допускал штамповку, сверление; выдерживал температуру +240 °C в процессе пайки; имел высокую  влагостойкость. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) должен быть близок к ТКЛР фольги во избежание обрывов узких линий рисунка при температурных перепадах. Плата большого размера сложна в изготовлении и более чувствительна к короблению, поэтому ГОСТ 10317–72 ограничивает размеры платы.

Слоистые пластинки с бумажным наполнителем приме-няют в тех случаях, когда основания должны быть дешевыми и обладать штампуемостью, но не требуется высокая влагостойкость. Таким материалом является гетинакс.

Удовлетворительные свойства фольгированного  гетинак-са наблюдаются только в легких условиях эксплуатации, например, в бытовой РЭА. Он обладает химической стойкостью к травильным растворам, низкой теплостойкостью, большим ТКЛР основания.

Материал со стекловолокном – стеклотекстолит  используют при изготовлении оснований, обладающих повышенной влагостойкостью. Стеклотекстолит теплостоек, химически  инертен, не смачивается, механически  прочен. Но он хуже обрабатывается, при  сверлении отверстий выделяется стеклянная пыль, которая токсична. Фольгированный стеклотекстолит марки  СФ (СФ-I-35, СФ-2-35) рекомендуется для  изготовления печатных плат, эксплуатируемых  при температуре до +120 °C. Более  вы-сокими физико-механическими свойствами и теплостойкостью обладает стеклотекстолит марок СФПН-I-50 и СФПН-2-50.

Для МПП и ТПП применяют теплостойкий диэлектрик марок СТФ-I, СТФ-2 и стеклотекстолит марок ФТС-I и ФТС-2. Диэлектрик СТЭФ-I-2ЛК нефольгированный, в процессе изготовления его металлизируют.

Многие материалы в определенных условиях эксплуатации подвергаются разрушению. Для защиты или придания деталям  определенных свойств их поверхность  покрывают материалами, более стойкими к воздействию разрешающих факторов. По назначению покрытия делятся на защитные, защитно-деко-ративные и специальные. В зависимости от материала, наносимого на поверхность детали, покрытия делятся на две основные группы:

– покрытия металлические и неметаллические (неорганические), наносимые на неметаллические поверх-ности;

– покрытия лакокрасочные, наносимые на любые поверхности.

В зависимости от назначения детали и условий ее эксплуатации необходимо выбрать конкретный вид  покрытия и дать основные характеристики покрытия. Например, для металлических  покрытий определить металл покрытия, способ нанесения, толщину покрытия, число слоев и т.д.

Произведём выбор материалов конструкции. Исходя из условий эксплуатации и технологических показателей, а также с учётом минимизации  массы и габаритов прибора  необходимо изготовить корпус из лёгкого  материала и по возможности с  большей теплопроводностью и  легко поддающегося обработке. Материалом, отвечающим этим требованиям, является алюминий, его использование даёт сокращение массы прибора в 1,5-3 раза по сравнению с другими материалами. При этом прибор будет полностью  удовлетворять требованиям к  жёсткости и прочности. Корпус изготовим  из листового алюминия путём штамповки.

Для изготовления печатной платы необходимо выбрать материалы  с учётом эксплуатационных характеристик  изделия. Поскольку, стеклотекстолит  по сравнению с гетинаксом обеспечивает возможность создания печатных плат с меньшими расстояниями между элементами рисунка примерно на 0,1 мм, а также более высокую электрическую прочность изоляции, то для изготовления печатной платы следует выбрать стеклотекстолит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Разработка компоновки блока и выбор способа монтажа

 

Плату устанавливают в  корпус из изоляционного материала в котором сверлят отверстия для толкателей кнопок, индикатора и гнезда для подключения нагрузки. Монтаж платы производится вручную с помощью болтов. Этот способ монтажа будет более рационален для данного устройства. Под компоновкой понимается процесс размещения комплектующих модулей, электрорадиоэлементов и деталей РЭА на плоскости или в пространстве с определением основных геометрических форм и размеров. В зависимости от уровней модульности различают несколько уровней компоновки аппаратуры: микросхем и электрорадиоэлементов на плате, ячеек в блоке и т.д. Процесс компоновки завершается получением компоно-вочного эскиза.

Конструктор должен искать такие компоновочные решения, которые  удовлетворяют следующим требованиям:

– между отдельными узлами, приборами и блоками должны отсутствовать заметные паразитные электрические и магнитные взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия; тепловые и механические влияния элементов конструкции не должны значительно ухудшать их технические характеристики;

– взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечивать технологичность сборки и монтажа с учетом использования автоматов и полуавтоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;

– расположение и конструкция органов управления и отсчетных устройств должны обеспечивать максимальные удобства для оператора;

– изделие должно удовлетворять требованиям техниче-ской эстетики;

– габариты и масса должны быть минимальными.

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требо-ваниям в большинстве случаев не удается. Поэтому процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сводится к нахождению оптимального решения.

Высокая сложность разрабатываемой  в настоящее время РЭА, построенной  с применением различного типа микросхем, микросборок и других современных электрорадиоэлементов, вызвала необходимость поиска таких конструктивных и компоновочных решений, которые позволили бы удовлетворять следующим требованиям:

– высокой степени микроминиатюризации аппаратуры в целом;

– широкой унификации элементов конструкции;

– возможности параллельной сборки и регулировки со-ставных частей РЭА;

– обеспечения высокой эксплуатационной надежности аппаратуры многоразового действия за счет быстрой замены вышедших из строя составных частей;

– возможности проведения модернизации отдельных составных частей при сохранении неизменными других.

Основной задачей при  этом является реализация схемы изделия  в виде набора отдельных конструктивно  законченных модулей, узлов или  блоков, связанных друг с другом цепями электрической коммутации. Важным этапом при этом является разбиение  электрической принципиальной схемы  изделия на подсхемы (функциональное разбиение).

После функционального разбиения  электрической принципиальной схемы  изделия необходимо провести анализ существующих конструкций и рассмотреть  сравнительные технические характеристики аналогичных конструктивных решений  устройства с учетом требований миниатюризации, надежности, качества. При этом следует  учитывать особенности проектирования конструкции РЭА в зависимости  от функционального назначения, условий  эксплуатации, размещения и свойств  объекта-носителя.

Одной из важнейших задач, решаемой на этапе предварительной  компоновки изделия, является выбор  типа внутриблочного электрического монтажа. Его тип определяется используемой элементной базой, рабочим диапазоном частот, условиями эксплуатации и вариантом конструкции модуля. В РЭА используются два способа монтажа:

– объемный (жгуты, провода, кабели);

– плоский (печатный монтаж).

На конструкцию объемного  электромонтажа решающее влияние оказывает  частотный диапазон работы устройства. В устройствах, работающих на средних  и низких частотах (до 1 МГц), монтаж выполняется объемным гибким проводом либо плоским кабелем. Их выбор зависит  от силы тока, напряжения, частоты и  условий эксплуатации. В блоках, работающих на высоких частотах (от 1 до 300 МГц), ощутимым становится влияние  паразитной емкости и индуктивности  элементов электромонтажа. При этом отдельные участки электромонтажа становятся источниками или приемниками  радиопомех. С целью устранения паразит-ных связей между узлами применяют электромагнитные экраны, а электромонтаж выполняют экранированным или коаксиальным кабелем.

В блоках СВЧ (свыше 300 МГц) для  электрического монтажа используют коаксиальные линии связи или  волноводы.

Для реализации внутримодульного электромонтажа применяют печатный монтаж.

В процессе конструирования  печатных плат определяются конфигурация и габаритные размеры печатных плат, радиальное взаимное расположение навесных элементов на печатных платах, осуществляется трассировка соединений. Определение  конфигурации и габаритных размеров печатных плат необходимо осуществлять с учетом габаритных размеров разрабатываемого изделия, сложности электрической  схемы, применяемых элементов, эксплуатационных требований, предъявляемых к изделию.

Конструирование печатных плат осуществляется следующими методами:

– ручным;

– полуавтоматизированным;

– автоматизированным.

При ручном методе конструирования  размещение навесных элементов и  разработка проводящего рисунка  осуществляются вручную.

Полуавтоматизированный метод конструирования может включать размещение навесных элементов с помощью ЭВМ и разработку проводящего рисунка печатной платы ручным методом, или размещение навесных элементов ручным методом и разработку проводящего рисунка с помощью ЭВМ.

Автоматизированный метод  предполагает размещение навесных компонентов  и разработку проводящего рисунка  с помощью ЭВМ. Для этих целей  используется система автоматизированного  проектирования P-CAD, программы схемотехнического  моделирования P-Spice и пакета машинной графики AutoCAD.

Наряду с традиционными  технологиями монтажа в современной РЭА применяются и новые направления сборки, наиболее перспективным из которых является метод поверхностного монтажа (ПМ). Можно отметить два основных отличия технологии ПМ от традиционной технологии: поверхностно-монтируе-мые компоненты имеют меньшие размеры и монтируются не в отверстия, а на поверхность печатной платы. Таким образом, первая и наиболее важная проблема – это компоненты, монтируемые на поверхность.

Следующая важная проблема технологии ПМ – обеспечение надежности пайки. При пайке компонентов  в отверстия обеспечивается жесткое  механическое соединение прежде всего  за счет его конструкции. В технологии ПМ требуемая прочность соединения должна гарантироваться припоем.

Все многообразие компонентов  и корпусов ПМ, выпускаемых в настоящее  время зарубежными и отечественными фирмами, можно разделить на три  вида:

– простые корпуса для пассивных компонентов:

а) безвыводные корпуса прямоугольной формы, на-пример резисторов и конденсаторов;

б) корпуса типа MELF с вмонтированными  электродами в виде металлизированных  торцов;

– сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов:

а) малогабаритный транзисторный  корпус (SOT);

б) малогабаритный корпус (SO) для интегральных схем;

в) увеличенный малогабаритный корпус (SOL) для инте-гральных схем;

г) плоский квадратный пластмассовый  корпус (QFR);

д) пластмассовые кристаллоносители с выводами (PLCC);

е) безвыводные керамические кристаллоносители (LCCC);

ж) керамические кристаллоносители с выводами (LDCC);

з) корпуса с матрицей шариковых выводов (CBGA, CCGA, PBGA, TBGA);

– различные нестандартные корпуса для компонентов неправильной формы, например: индуктивностей и переключателей.

Корпуса для ПМ (в частности, транзисторные и для ИМС) относятся  к XIV группе. Общие требования применительно  к изделиям XIV группы для ПМ указаны  в ГОСТ 20.39.405–84, согласно которому к  таким корпусам предъявляются жесткие  требования по паяемости.

На этапе компоновки определяется форма и габаритные размеры всего  аппарата, а также взаимное расположение отдельных узлов, деталей и блоков. От качества компоновки в значительной мере зависят технические, технологические  и эксплутационные характеристики изделия, а также его надежность и ремонтопригодность.

Необходимо найти такие  компоновочные решения, которые  удовлетворяют следующим требованиям:

а) между отдельными деталями, узлами и блоками должны отсутствовать  заметные паразитные электрические  взаимосвязи, влияющие на технические  характеристики изделия: тепловые и  механические влияния элементов  конструкции не должны значительно  ухудшать их технические характеристики;

б) взаимное расположение элементов  конструкции должно обеспечить технологичность  сборки и монтажа с учетом использования  автоматов и полуавтоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;