СПОСОБ ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ Российский патент 2008 года по МПК G05D23/00 

Предложенное изобретение относится к системам теплового контроля и автоматики и может быть использовано для поддержания рабочего режима в герметичных корпусах электронных блоков, работающих вне помещения, например, базовых абонентских станций с маршрутизаторами широкополосных беспроводных региональных сетей.

Сущность изобретения в том, что диапазон температур, в которых функционирует аппаратура, разбивают на три поддиапазона так, что в среднем поддиапазоне температуру в корпусе поддерживают равной температуре внешней среды.

В качестве прототипа выстроен способ поддержания температуры [1], применяемый в корпусах с электронными платами. Ему присущи недостатки: ограниченный диапазон регулирования температур, высокое энергопотребление, низкая надежность.

В предложенном изобретении решена задача расширения диапазона регулирования температур, снижение энергопотребления, компактность конструкции.

Указанная задача решена тем, что: в корпус с электронными блоками, находящийся в условиях внешней среды, устанавливают терморегулятор и термостат так, что при внешней температуре от -60°С до +5°С работает терморегулятор, настроенный на 5°С, причем электронные блоки включают при достижении в корпусе температуры +5°С; при внешней температуре от +5°С до +35°С обеспечивают отключение терморегулятора и термостата, а температуру в корпусе поддерживают равной температуре внешней среды; при изменении внешней температуры от +35°С до +60°С включают термостат, охлаждающий внутреннее пространство корпуса и электронные блоки до +35°С; формируют рабочий диапазон температур внутри корпуса в пределах от +5°С до +35°С.

Перечень фигур:

фиг.1 - график поддиапазонов;

фиг.2 - блок-схема, поясняющая способ.

Ниже в тексте, в описании даны обозначения на фигурах.

Способ выполняется в следующей последовательности.

В корпус с электронными блоками, находящийся в условиях внешней среды, устанавливают терморегулятор и термостат.

Выбирают рабочий диапазон температур, по способу, фиг.1, равный от -60°С до +60°С.

Диапазон меньше -60°С есть предельный диапазон низких температур обитаемых крайних северных и южных территорий.

Диапазон больше +60°С в реальных условиях эксплуатации аппаратуры ограничен общими конструктивными требованиями к приборам и аппаратам.

Делят указанный диапазон на три поддиапазона в следующем соотношении:

I поддиапазон - от -60°С до +5°С;

II поддиапазон - от +5°С до +35°С;

III поддиапазон - от +35°С до +60°С.

Интервал I поддиапазона выбирают так, что внутри него работу электронных блоков обеспечивают при положительной, +5°С, температуре. Выбор точки +5°С обеспечивает высокую работоспособность электронных блоков и позволяет избежать излишнего энергопотребления, возможного при задании конечной точки I поддиапазона более +5°С.

В случае, когда температура внешней среды возрастает выше +5°С, отключают управляемое регулирование температуры в корпусе, содержащем электронные блоки.

Для снижения энергопотребления температуру в корпусе обеспечивают равной и близкой температуре внешней среды во II поддиапазоне и значение указанного интервала температур выбирают в пределах от +5°С до +35°С. Данный интервал температур является оптимальным, так как для некоторых электронных блоков (память и др.) предельной паспортной является температура +40°С.

Если температура внешней среды больше +35°С, то от естественного регулирования температуры переходят к принудительному охлаждению пространства внутри корпуса.

Для поддержания в корпусе температуры +35°С при температуре внешней среды более +35°С в III поддиапазоне обеспечивают охлаждение (кондиционирование) воздуха в корпусе, причем поддержание данного режима проводят в интервале температур внешней среды от +35°С до +60°С.

Верхний диапазон температуры внешней среды больше +60°С ограничен общими требованиями условий работы приборов и аппаратов массового применения.

Последовательность действия по способу показана на фиг.2.

В корпусе (1) с электронными блоками (2) помещают датчик температуры (3), настроенный на +5°С, фиг.1. Указанный датчик (3), через регулятор (4) и нагреватель (5) обеспечивает внутри корпуса +5°С при температуре внешней среды I поддиапазона, то есть от -60°С до +5°С.

Только после достижения в корпусе указанной температуры +5°С включают электронные блоки (2). Электронное средство связи выходит на рабочий режим.

В случае, если температура внешней среды становится больше +5°С, датчик (3) дает команду на отключение нагревателя (5).

Выполняют работу устройства во II температурном поддиапазоне, имеющем границы от +5°С до +35°С, где температура внутри корпуса (1) определяется температурой внешней среды, которая находится в тех же пределах от +5°С до +35°С. В этом поддиапазоне искусственное поддержание температуры в корпусе (1) не производят.

В случае повышения температуры внешней среды, начиная от +35°С, выполняют регулировку температуры в корпусе (1) в режиме III поддиапазона, допускающего изменение температуры внешней среды от +35°С до +60°С, фиг.1. Регулировку осуществляют в следующем порядке. Автоматически включают термостат (6) с элементом Пельтье (7) в режиме охлаждения. Поддерживают в корпусе (1) температуру +35°С, независимо от температуры внешней среды.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. В корпусе радиомаршрутизатора беспроводного широкополосного доступа, помещенного в термобокс, находящегося на расстоянии 15 м от антенны, в здании, помещают, согласно способу, средства регулировки температуры в I поддиапазоне (терморегулятор) и в III поддиапазоне (термостат). Достигают работоспособность электронных блоков в диапазоне от -60°С до +60°С. Извлекают маршрутизатор из термобокса и выносят корпус с электронными блоками из здания. Крепят корпус на расстоянии 1 м от антенны. Радиосистема работает в течение 1 года без сбоев. Уменьшены потери в фидере на 5 дБ. За счет выноса из стационарного термобокса снижено энергопотребление на 100 Вт. Исключена прокладка кабеля питания к термобоксу. Уменьшена длина фидера на 14 м, снижена стоимость радиосистемы.

Пример 2. В корпусе радиомаршрутизатора, по данному способу, выполняют стабилизацию температуры в I и III поддиапазонах. Переносят радиомаршрутизатор из здания, извлекают из термобокса, устанавливают рядом с антенной в условиях внешней среды. В течение 1 года температура воздуха изменялась от -40°С до +40°С. При минусовых температурах срабатывает регулятор и устанавливает внутри корпуса +5°С. Включают электронные блоки радиомаршрутизатора в автоматическом режиме при достижении температуры в корпусе +5°С. Летом, по способу, выполняют работу во II поддиапазоне при колебаниях температуры от +5°С до +35°С. В этом поддиапазоне температура в корпусе определяется температурой внешней среды. Регулятор температуры и элемент Пельтье выключены.

В течение нескольких летних жарких солнечных дней температура внешней среды равна +40°С. По способу, в III поддиапазоне автоматически включают термостат с элементом Пельтье и за счет охлаждения обеспечивают внутри корпуса температуру +35°С. В течение 1 года достигнута полная работоспособность радиотехнической системы.

Эффективность способа.

Предложенный способ позволяет:

1) расширить диапазон регулирования температуры;

2) поместить радиомаршрутизатор рядом с антенной (фидер меньше 1 м) и снизить стоимость комплектации и монтажа изделия;

3) обеспечить устойчивую работу средств связи во всепогодных условиях;

4) уменьшить на 5 дБ затухание в антенно-фидерном тракте.

Литература

1. Патент США №6727820 от 27.04.2004. Класс Н05K 7/20.

Изобретение относится к системам теплового контроля и автоматики и может быть использовано для поддержания рабочего режима в герметичных корпусах электронных блоков, работающих вне помещений. Технический результат заключается в расширении диапазона регулирования температур, снижении энергопотребления и в компактности конструкции. Сущность изобретения состоит в том, что в корпус электронного блока помещают терморегулятор с нагревательным элементом и термостат с охлаждающим элементом. Включают терморегулятор при температуре внешней среды меньше +5°С, отключают как терморегулятор, так и термостат в интервале температур внешней среды от +5°С до +35°С, включают термостат при температуре внешней среды больше +35°С. 2 ил.

Способ температурной стабилизации электронных блоков путем измерения температуры в их корпусе, сравнения с уставками, преобразования сигналов рассогласования и автоматического управления нагревательным элементом, отличающийся тем, что в корпус устанавливают терморегулятор с нагревательным элементом и термостат с охлаждающим элементом Пельтье, выполняют режимы их переключения так, что при температуре внешней среды от -60 до +5°С работает только терморегулятор с нагревательным элементом, который настраивают на поддержание в корпусе температуры +5°С, при изменении температуры внешней среды от 5 до 35°С обеспечивают одновременно состояние отключения терморегулятора с нагревательным элементом и термостата с охлаждающим элементом Пельтье и поддержания в корпусе температуры, равной температуре внешней среды, при изменении температуры внешней среды от 5 до 60°С включают только термостат с охлаждающим элементом Пельтье, настраивают на температуру +35°С и обеспечивают в указанном диапазоне изменения положительной температуры внешней среды стабилизацию температуры в корпусе на уровне +35°С, формируют рабочий диапазон температуры внутри корпуса в пределах от 5 до 35°С при изменении температуры внешней среды от -60°С до +60°С.