Разработка конструкции и технологии изготовления устройства: "Контроллер напряжения аккумуляторной батареи"

 
 

5.2. Расчёт тонкоплёночных конденсаторов. 

Методика  расчёта:

  Расчет  тонкопленочного конденсатора производится в следующем порядке. По значению C₀ и U_р из табличных данных выбирают материал диэлектрика.

  Находят толщину диэлектрического слоя, обеспечивающую электрическую прочность конденсатора d = (2...4)U_р/E, где E - диэлектрическая прочность диэлектрика (табл. 2.3 «Методические указания к выполнению курсовой работы»). Обычно d = 0,3...0,5 мкм.

  Определяют  удельную емкость диэлектрика, при  которой выполняется требование к электрической прочности конденсатора C₀^E = 0,0885e/d, где d выражается в см, C₀^E - в пФ/см².

  Находят составляющие относительной эксплуатационной погрешности емкости g_C0, g_Ct, g_Ct и допустимую относительную погрешность площади верхней обкладки:

  g_S = g_C - g_C0 - g_Ct - g_Ct. 

  Определяют  удельную емкость материала диэлектрика, обусловленную требованием  точности номинала емкости конденсатора                                C_o^П = C(g_S / DL)²[K_C / (1 + K_C)²], где K_C = L/B - коэффициент формы конденсатора. Если нет особых требований к форме конденсатора, полагаем       K_C = 1.

  Принимают расчетное значение удельной емкости  материала диэлектрика C₀^P £ min{C₀^E, C₀^П}, которое должно отвечать технически реализуемым уровням C₀ из табл.2.3 (Методические указания к выполнению курсовой работы). 

Расчёт  тонкоплёночных конденсаторов  С1(0.01мкФ) и С2(0.01мкФ).

Из табл. 2.3 (Методические указания к выполнению курсовой работы) по значению Uр – рабочее напряжение конденсатора выбираем материал диэлектрика.

Выбранный материал - Моноокись германия (Табл. 3). 
 

Табл. 3

 
 

Находим толщину  диэлектрического слоя, обеспечивающую электрическую прочность конденсатора:

Определим удельную ёмкость диэлектрика, при которой  выполняется требование к электрической прочности конденсатора:

Находим составляющие относительной эксплуатационной погрешности  ёмкости:

Относительная  погрешность ёмкости – ;

Относительная  погрешность удельной ёмкости диэлектрика – ;

Относительная температурная погрешность ёмкости –

;

Относительная погрешность старения ёмкости – ;

Тогда допустимая погрешность площади верхней обкладки, равна:

 Так как нет особых требований к форме конденсатора, полагаем       K_C = 1;

Абсолютные погрешности  выполнения размера, характерные метода фотолитографии DB = DL = 0.01;

Определим удельную емкость материала диэлектрика, обусловленную требованием  точности номинала емкости конденсатора:

;

Примем расчётное  значение удельной ёмкости материала  диэлектрика, исходя из , тогда ; 

Найдём фактическое  значение толщины диэлектрического слоя:

;

Найдем площадь  верхней обкладки конденсатора: ;

Определим размеры  верхней обкладки тонкопленочного  конденсатора:

Длина –  ;

Ширина –  ;

Далее положим, что припуски на совмещение слоёв  ;

Находим размеры  нижней обкладки: ;

;

Находим размеры  диэлектрического слоя:

; 

;

Проверка  расчёта:

Находим фактические  значения относительной погрешности площади верхней обкладки: ;

Находим фактическое  значение напряженности электрического поля в конденсаторе: .

Каждое из условий  выполняется.

  Обкладки  конденсатора будут выполняются из алюминия А99 (ГОСТ 11069-64) при толщине 0,5 мкм. Для повышения адгезии пленки к поверхности подложки нижняя обкладка конденсатора напыляется с подслоем из титана или ванадия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.3. Выбор навесных компонентов МСБ (подложки) и печатной платы.

Выбор подстроечных бескорпусных резисторов R2, R7. (Табл. 4).

Табл. 4

Выбор бескорпусного конденсатора С1, как компонента МСБ (подложки)

(оформим  результат в виде  табл. 5).

Табл. 5

 
 
 
 

Выбор полупроводникового диода VD1 КД522А (его бескорпусный аналог 2Д125Б-5):

 

5.4. Выбор типоразмера подложки. 

       Для выбора типоразмера подложки необходимо найти ее площадь

S_п  = q_s (S_R + S_C + S_Н +S_K), где q_s = 1,5...2,5 - коэффициент дезинтеграции площади, S_R , S_C , S_Н , S_K - соответственно площади, занимаемые тонкопленочными резисторами, тонкопленочными конденсаторами, навесными компонентами и контактными площадками. Площади S_R и S_C находят в результате расчета тонкопленочных элементов, S_Н - по справочным данным на выбранные компоненты. При расчете площади контактных площадок необходимо учитывать, что внешние контактные площадки выполняются размером 1 ´ 1 мм и более. Размеры внутренних контактных площадок определяются видом монтажного соединения (пайка, сварка), типом применяемого монтажного инструмента, конструкцией выводов навесного компонента (металлизированная поверхность, гибкие проволочные и ленточные выводы и т. д.). При сварке гибких выводов средние размеры контактных площадок 0,2 ´ 0,3 мм, при пайке 0,3 ´ 0,4 мм. 

Расчёт  площади, занимаемой тонкоплёночными  резисторами:

Расчёт  площади, занимаемой тонкоплёночными  конденсаторами:

;

Расчёт  площади, занимаемой навесными компонентами МСБ (по справочным данным):

Площадь навесных резисторов R2, R7: ;

Площадь навесного полупроводникового диода  ;

Площадь навесного конденсатора С1: ;

    Тогда   ;

Расчёт  площади контактных площадок:

. 

Таким образом, площадь подложки равна:

,

где qs – коэффициент дезинтеграции.

Тогда типоразмер подложки, исходя из выберем: 

 
 
 

  6. Разработка конструкции РЭС. 

  Разработка конструкции РЭС будет произведена по заданным параметрам РЭС, т.е. по определённым параметрам входящих в РЭС конструктивно-технологической единицы (функциональной ячейки).  
 
 

  6.1. Выбор типа конструкции компоновочной схемы блока. 

  Будем использовать разъёмный тип конструкции.

  Конструкция обеспечивает высокую ремонтопригодность: неисправная функциональная ячейка легко вынимается из блока и заменяется на исправную. Конструкция находит  применение в автомобильной электроаппаратуре.

  В качестве варианта компоновочной схемы блока выберем следущую:

  

  Хотя  в полной мере она не обеспечивает необходимые условия для эффективного отвода тепла в случае естественного воздушного охлаждения блока.

  На  рисунке: