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工業交換機的熱設計

2017-6-14 14:24:52

由于過高溫度對工業交換機的影響是致命的,所以在設計工業交換機這類產品時,除了設備的元器件要選擇寬溫度范圍的工業級元器件外,更要充分重視設備的熱設計。
工業交換機
電子產品的熱設計主要包括散熱、加裝散熱器和制冷三類技術,這里主要討論工業交換機設備中的散熱技術和加裝散熱器技術。
(一)散熱應用中常采用的方法
第一種是傳導散熱方法,可選用導熱系數大的材料來制造傳熱元件,或減小接觸熱阻并盡量縮短熱路徑。
第二種是對流散熱方式,對流散熱方式有自然對流散熱和強迫對流散熱兩種方法。自然對流散熱應注意以下幾點:設計印制板和元器件時必須留出多余空間;安排元器件時,應注意溫度場的合理分布;充分重視應用煙囪撥風原理;加大與對流介質的接觸面積。強迫對流散熱方式可采用風機(如計算機上的風扇)或雙輸入口推拉方式(如帶換熱器的推拉方式)。
第三種是利用熱輻射特性方式,可以采用加大發熱體表面的粗糙度、加大輻射體周圍的環境溫差,或加大輻射體表面的面積等方法。

(二)加裝散熱器
工業交換機設備在熱設計中,最常采用的方法是加裝散熱器,其目的是控制半導體的溫度,尤其是結溫Tj,使其低于半導體器件的最大結溫Tjmax,從而提高半導體器件的可靠性。半導體器件和散熱器安裝在一起工作時包含:半導體器件內熱阻RTj、結溫Tj、殼溫Tc、散熱器溫度Tf、環境溫度Ta及半導體器件的使用功率Pc。散熱器的熱阻RTf應為:RTf=(RTj-Ta)/Pc-RTj-RTc散熱器熱阻RTf是選擇散熱器的主要依據。Tj、RTj是半導體器件提供的參數,Pc是設計要求的參數,RTc可以從熱設計專業書籍中查到。下面介紹一下散熱器的選擇。

1.自然冷卻散熱器的選擇
首先計算總熱阻RT和散熱器的熱阻RTf,即:RT=(Tjmax-Ta)/PcRTf=RT-RTj-RT。算出RT和RTf之后,可根據RTf和Pc來選擇散熱器。選擇時,根據所選散熱RTf和Pc曲線,在橫坐標上查出已知Pc,再查出與Pc對應的散熱器的熱阻R'Tf。按照R'Tf≤RTf的原則,選擇合理的散熱器即可。
2.強迫風冷散熱器的選擇
強迫風冷散熱器在選擇時應根據散熱器的熱阻RTf和風速來選擇合適的散熱器。
3.散熱風扇的設計
普通商用交換機的風扇,工作一直處于全速(FullSPD)狀態,除其造成電能浪費、增大整機噪音外,還會增加不必要的電源發熱,機箱內灰塵過多堆積等。更重要的是風扇在全速狀態時其壽命約為2萬小時,也就是2.28年(由SANYOFANDATASHEET給出的數據),2萬小時后風扇轉速會逐漸下降,給整機帶來不穩定因素。但由于沒有監控單元,這種隱患很難發現:例如當工業交換機丟包率逐漸上升時,并不容易查到是由于風扇老化轉速降低及灰塵堆積太厚導致機箱內關鍵部件溫度升高所致。
工業交換機應使用高速(HighSPD)風扇并帶有智能監控電路,實時監測和控制網絡交換機的運行狀況,例如監控機箱風扇、主交換芯片溫度、機箱溫度,光收發器件溫度等,這也就是我們所說的“智能風扇。
工業交換機工作過程中智能監控電路會根據被測元件的溫度或風扇轉速信號自動調節風扇轉速,給網絡交換機散熱。風扇的轉速主要與交換機負載和環境溫度有關。在環境溫度一定時,當工業交換機數據負載減輕時,功耗減小,風扇轉速自動降低,當工業交換機數據負載加重時,功耗加大,風扇速轉速自動上升。在數據負載一定的情況下,當工業交換機處在低溫環境時,風扇轉速自動降低,處在高溫環境時風扇轉速自動升高。在高溫高負載情況下,風扇可處在應急高速(HighSPD)狀態,比全速(FullSPD)狀態更能保證網絡安全運行。
4.智能風扇控制器運行特性
采用智能風扇控制技術后可延長風扇壽命,減少機內灰塵堆積、降低風扇噪聲,節約電量使用,保證系統有效工作。另外控制器不僅能對風扇失效停轉、溫度超過警戒線提供報警,而且對于由于老化或風道阻力異常增大、轉速低于正常值或監測點溫度異常升高等前期隱患均能給出相應的中英文語音提示,方便網絡管理人員將事故消滅在萌芽階段。


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